Anteile unter Wärmerückgewinnung

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft Gasabtrennenzylinder zur Abtrennung von gasförmigen Anteilen biogener, halbsynthetischer und/oder synthetischer Stoffgemische.

Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung Umdampfer zur Herstellung gereinigter Brüden.

Des Weiteren betrifft vorliegende Erfindung Trennvorrichtungen zur Trennung biogener, halbsynthetischer und/oder synthetischer Stoffgemische in ihre festen, flüssigen und gasförmigen Anteile unter Wärmerückgewinnung, die die vorstehend genannten Gasabtrennenzylinder und Umdampfer enthalten.

Ferner betrifft die vorliegende Erfindung Trennverfahren zur Trennung biogener, halbsynthetischer und/oder synthetischer Stoffgemische in ihre festen, flüssigen und gasförmigen Anteile unter Wärmerückgewinnung unter Verwendung der vorstehend genannten Trennvorrichtungen.

Nicht zuletzt betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung der Trennvorrichtungen und der Trennverfahren auf den verschiedensten technischen Gebieten.

Stand der Technik

Jährlich fallen allein in Deutschland in den Bereichen Landwirtschaft, Privathaushalte, Klärwerke und Industrie Millionen Tonnen an biogenen, halbsynthetischen und/oder synthetischen Abfallprodukten oder Stoffgemischen, die aus einem Feststoffanteil und einem flüssigen, Gase enthaltenden Anteil bestehen, an. Beispiele für solche biogenen Abfallprodukte sind Gülle, Jauche, Fäkalien, Gärreste, Fermente, Klärschlämme, Wasser aus Nachklärbecken, Konzentrate der biologischen Reinigungsstufen und Rückstände von chemischen Wäschern, mikrobiologischen Reaktoren, gentechnologischen Anlagen, Filtern und Elektrofiltern und Rückständen aus der Abluftbehandlung und aus Klimaanlagen an. Diese enthalten unter anderem Nitrate, Nitrite, Nitrosamine, Ammoniumsalze, Ammoniak, Schwefelverbindungen, Pestizide, Medikamente und deren Rückstände und Metaboliten, Schwermetalle und radioaktive Metalle und ihre Verbindungen, Viren, Bakterien und weitere toxische Materialien.

Von Seiten des Deutschen Gesetzgebers und der Europäischen Union werden daher immer strengere Maßstäbe an die Emission dieser Schadstoffe angelegt. Hierauf müssen sich Produzenten, Abfal laufbereiter und Abfallverwender einstellen.

Jedoch bereiten die Lagerung, der Transport, die Verwendung, die Aufarbeitung und die Entsorgung dieser Stoffgemische wegen ihren Mengen, ihren unterschiedlichen komplexen Zusammensetzungen, ihrer Giftigkeit, ihren Emissionen und ihres üblen Geruchs enorme Probleme.

Besonders problematisch ist Gülle und ihre traditionelle und übliche Verwertungsweise wie die Ausbringung als Dünger auf Äckern und Grünland mit einem Güllefass, das die Gülle auf der Oberfläche verteilt oder direkt in den Boden einimpft. Wird die Gülle im Übermaß ausgebracht oder zu Jahreszeiten, in denen die Vegetation wie im Winter die enthaltenen Nährstoffe nicht aufnehmen kann, steigt die Gefahr der Nährstoffauswaschung in tiefere Bodenschichten und der Einsickerung oder Abschirmung und Erosion in Grund- und Oberflächenwasser. Ammoniumsalze, Nitrate und andere Gülle-Inhaltsstoffe können durch Eutrophierung in Gewässern beispielsweise Algenblüten verursachen und Fischsterben auslösen. Nicht zuletzt ist die Ausbringung auf der Bodenoberfläche - insbesondere beim Einsatz von Breitverteilern - mit Nährstoffverlusten verbunden, da leichtlösliche Stickstoffverbindungen und vor allem Ammoniumsalze in Form von Ammoniak verloren gehen.

Gülle kann auch Rückstände von Tierarzneimitteln, insbesondere Antibiotika, enthalten. Vor allem in der Intensivtierhaltung, in welcher Antibiotika in großem Umfang eingesetzt werden, scheiden die Tiere ein Großteil der Stoffe im Kot und Urin wieder unverändert aus. Durch die Ausbringung solcher Gülle gelangen die Arzneimittel auch in die Umwelt, wie dem Grundwasser. Für den Gemüse- und Obstbau verbietet sich die Gülledüngung grundsätzlich, da über den Tierkot gefährliche Krankheitserreger wie zum Beispiel EHEC- Bakterienstämme in die Erde gelangen können.

Als Gärreste wird der flüssige oder feste Rückstand bezeichnet, der bei der Vergärung von Biomasse in einer Biogasanlage zurückbleibt. Auch die Bezeichnungen Biogasgülle oder Gärprodukt werden verwendet. Wegen ihres hohen Gehaltes an Nährstoffen werden die Gärreste meist als landwirtschaftlicher Dünger verwendet. Bei anderen Verwertungswegen werden die Gärreste zunächst getrocknet, bevor sie auf landwirtschaftlichen Flächen ausgebracht werden. Häufig werden die Trocknungsanlagen für die Gärreste mit Wärme aus der Biogasverstromung betrieben. Da die Gärreste noch einen gewissen Anteil an schwer abbaubaren Kohlenhydraten wie Cellulose und Lignocellulose enthalten kann, können sie nach dem Trocknen auch als Brennstoff interessant sein. Indes verursachen die hohen mineralischen Anteile und die enthaltenen Schwefel- und Stickstoffverbindungen einen hohen Anfall an Schlacke und Korrosion.

Ein weiterer Problemkreis ist Klärschlamm. Dabei handelt es sich um eine Mischung aus Fest- und Flüssigstoffen, die bei der Abwasserreinigung durch Sedimentation anfallen. In dem flüssigen Medium liegen neben Wasser eine Vielzahl von chemischen Verbindungen gelöstem Zustand vor. Klärschlamm ist im Ausgangszustand dünnflüssig und dunkel gefärbt. Durch Sedimentation (Schwerkrafteinwirkung) werden Feststoffgehalte von etwa 2 % bis 5 % erzielt

Bei dem Klärschlamm unterscheidet man Rohschlamm und behandelten Klärschlamm. Schlammfelder auf Kläranlagen als Primärschlamm in der mechanischen Reinigungsstufe oder als Überschussschlamm in der biologischen Stufe. Überschussschlamm besteht überwiegend aus Mikroorganismen wie Pilzen und Bakterien. Durch aerobe und anaerobe Stabilisierung des Rohschlamms erhält man den weniger geruchsintensiven, behandelten Klärschlamm. Die anaerobe Behandlung erfolgt in größeren Kläranlagen in Faultürmen und liefert den Faulschlamm.

Durch Flockung und Fällung mit Hilfsstoffen wie Eisen(lll)-chlorid oder Kalk, der Klärschlamm so aufbereitet, dass er beispielsweise durch Zentrifugen- und Siebbandanlagen auf Feststoffgehalte von bis zu 35 % entwässert werden kann. Mithilfe von Kammerfilterpressen sind auch noch höhere Entwässerungsgrade erreichbar.

Der Klärschlamm ist reich an Nährstoffen, da die Bakterien in der biologischen Stufe die Abwasserinhaltsstoffe zum Aufbau der Biomasse verwenden. Von besonderer Bedeutung sind insbesondere für die Landwirtschaft Nitrate, die bis zu 1300 mg/Liter vorhanden sind, Phosphate und andere Nährsalze. Klärschlamm enthält aber auch Stoffe, die für Umwelt und Mensch problematisch sein können. Insbesondere sind es Schwermetalle, die unter anderem durch Rücklösungen aus Rohrleitungen in den Klärschlamm gelangen. Organische Schadstoffe sind ebenfalls ein nicht zu vernachlässigendes Problem. Im Klärschlamm kann eine Vielzahl von organischen Verbindungen mit verschiedenen Eigenschaften und Wirkungen, die durch anthropogene Prozesse in das Abwasser gelangen, vorhanden sein. Diese Stoffe können beispielsweise krebserzeugend, mutagen, toxisch oder hormonell wirksam sein. Die Klärschlammverordnung gibt Grenzwerte für die Summenparameter AOX (absorbierbare organisch gebundene Halogene), PCB (polychlorierte Biphenyle) und PCDD (polychlorierte Dioxine und Dibenzofurane) vor. Sind solche Stoffe im Abwasser vorhanden, tritt eine besondere Gefahr auf, da sie sich bereits in geringen Konzentrationen nach der landwirtschaftlichen Aufbringung durch Bioakkumulation anreichern und in die Nahrungskette gelangen können. Zwar sind durch die zwischenzeitlich erlassenen gesetzlichen Verbote zur Verwendung einiger Unkraut- und Schädlingsbekämpfungsmittel einige dieser Verbindungen in den Klärschlämmen aktuell nicht mehr nachweisbar, jedoch sind sonstige toxische organische Verbindungen noch immer in den Klärschlämmen vorhanden.

Pro Jahr werden 200.000.000 t Gülle und zusätzlich Gärreste, Trockenfermente und Konzentrate aus Abluftwäschern in Deutschland auf die Äcker verbracht. Dies entspricht 34.000.000 t/Jahr an Ammonium, 36.000.000 t/Jahr an Nitrat und 20.000.000 t/Jahr und Phosphat allein aus der Gülle.

Die Ammoniumform des Ammoniaks geht indes nicht über die Gasphase verloren, da sie nicht flüchtig ist. Ihre Mobilität ist jedoch geringer als die von Nitrat, da es sich als Kation an die negativgeladenen Bodenpartikel ionisch binden kann.

In wassergesättigten Böden und bei hohen Temperaturen wird die Denitrifikation zu Distickstoffmonoxid (Lachgas) und Stickoxiden NOx begünstigt, bei denen es sich um Treibhausgase handelt.

Man versucht daher momentan Gülle zu verbrennen und/oder zu pyrolisieren, Nitrat zu vernichten, Ammoniak durch Trocknung zu binden oder Nitrifikationshemmer einzusetzen oder Gülle unter Druck zu sterilisieren. Die Pyrolyse und die Verbrennung der Gülle benötigen hohe Energien, weil das Wasser verdampft werden muss. Außerdem muss mit Filtern der Feinstaub zurückgehalten werden. Phosphate gehen verloren, da diese verglasen und daher nicht mehr biologisch verfügbar sind. Wichtige Stickstoffdünger gehen verloren und wandeln sich in Stickoxide NOx um, die umweltgefährdend sind und Säuren bilden. Die Trennverfahren müssen zentral durchgeführt werden, dass sie nur großtechnisch umgesetzt werden können und mit hohen Investitionen verbunden sind. Dies führt zu zusätzlichen Transportkosten und Emissionen. Der Verlust an Stickstoffdünger muss durch Kunstdünger kompensiert werden. An und für sich sind nicht die Nitrate und das Ammonium das eigentliche Problem, sondern ihre ungleiche Verteilung über das Jahr und ihre ungleiche Aufnahme durch die Pflanzen sowie die Auswaschung. Diese Probleme werden durch die Pyrolyse und die Verbrennung nicht gelöst.

Bei der Vernichtung des Nitrats mit biologischen und chemischen Trennverfahren gehen wichtige Stickstoffdünger verloren, was wieder durch Kunstdünger kompensiert werden muss. Die Trennverfahren sind sehr kostenintensiv und lösen nicht das Problem der Langzeitdüngung.

Die Bindung des Ammoniaks in Trocknern durch Wasser und Säuren und anschließendem biologischen Abbau ist ebenfalls nicht zielführend. Zwar wird das Ammoniak bei der Gülle- und Biogasresttrocknung durch Wasser und/oder Säure gebunden und kann dann mit Bakterien zu Nitraten oxidiert werden. Diese Flüssigdünger können auch während der Vegetationsperiode aufgebracht und an den Bedarf der Pflanzen angepasst werden. Nachteilig ist jedoch der enorme Energieaufwand, um 200.000.000 t Wasser zu verdampfen und wieder zu kondensieren und mit Säure zu binden. Einfache Berechnungen ergeben, dass der Energiebedarf der zwölffachen Menge an Erdgas entsprechen würde, die in Deutschland selbst produziert werden. Aus diesen Gründen wäre diese Lösung energetisch nicht sinnvoll, ganz zu schweigen von dem Kohlendioxid-Fußabdruck, der damit verbunden wäre.

Die Reduktion des Düngemittelverlusts durch Nitrifikationshemmer ist ein einfaches Trennverfahren, das dezentralisiert durchgeführt werden kann. Dabei bleiben Phosphate, Kalium und Magnesium biologisch verfügbar, wodurch ein verbesserter Ertrag gewährleistet wird und weniger Nitrat ins Grundwasser gelangt. Die eingesetzten Nitrifikationshemmer sind jedoch als wassergefährdend eingestuft und wasserlöslich, weswegen sie das Grundwasser verseuchen. Während Nitrate aus dem Grundwasser über die biologische Reinigung wieder entzogen werden können, reichern sich die Nitrifikationshemmer im Grundwasser und in der Nahrungskette an und sind daher auf Dauer gefährdend.

Bei der Filtration von Gülle mit CNF-Filtern setzen sich die Nanoporen direkt zu, sodass sie für Gülle ohne eine vorherige Mikro- und Nanofiltration nicht durchgängig sind und auch das Nitrat nicht binden können.

CNF bindet zwar in der anionischen Form Schwermetalle, jedoch müssen diese gemeinsam mit der CNF aus der Gülle entfernt werden, da sie ansonsten beim biologischen Abbau der CNF im Boden wieder frei werden.

In der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 10 2018 114 366.4 mit dem Anmeldetag 15.6.2018 werden ein Trennverfahren und eine Vorrichtung beschrieben, die der Aufbereitung von biologischen Stoffen, insbesondere von Gärresten pflanzlicher und tierischer Herkunft, insbesondere aus Biogasanlagen, von Gülle oder von sonstigen organischen Abfallprodukten dienen. Diese biologischen Stoffe enthalten einen Feststoffantei I und einen flüssigen Anteil.

Die Vorrichtung umfasst:

- eine Abtrenneinrichtung zur Abtrennung von Wasser und Stickstoffverbindungen, insbesondere Ammoniak, aus einem biologischen Stoff, wobei die Abtrenneinrichtung umfasst:

- einen im Grundriss runden Behälter mit einem Behälterboden, einer Behälterwand und einem Behälterdeckel, wobei ihm Behälter mindestens zwei hohle zylindrische Überlaufwände konzentrisch zur Mittelachse des Behälters unter Bildung einer im Grundriss runden Zuführkammer und mindestens einer äußeren Ringkammer angeordnet sind, wobei die Höhe der Überl auf kanten der Überlaufwände von Überlaufkante zu Überlaufkante von innen nach außen abnimmt,

- eine im Behälter konzentrisch angeordnete, drehbare Glocke mit einer Glockenoberseite, wobei die Glocke über die Überlaufwände gestülpt ist und eine zylindrische Außenwand und gegebenenfalls mindestens eine konzentrisch angeordnete, radial innere zylindrische Ringwand, die von oben in die mindestens eine Ringkammer greift, aufweist, wobei die Unterseite(n) der Außenwand und der gegebenenfalls vorhandenen mindestens einen Ringwand der Glocke oberhalb des Behälterbodens endet/enden und die Außenwand und/oder die Glockenoberseite der Glocke eine obere Auslassöffnung und die gegebenenfalls vorhandene mindestens eine Ringwand der Glocke eine obere Auslassöffnung aufweisen, wobei der Behälter in seiner Behälterwand eine erste Behälterauslassöffnung oberhalb der Überlaufkante der radial äußeren bzw. radial äußersten Auslassöffnung in der Außenwand der Glocke und eine zweite Behälterauslassöffnung oberhalb der ersten Behälterauslassöffnung aufweist, wobei die zweite Behälterauslassöffnung mit der mindestens einen oberen Auslassöffnung in der Außenwand der Glocke in Fluidverbindung steht,

- ein Befüllrohr, das sich von oben konzentrisch zur Mittelachse des Behälters durch den Behälterdeckel und die Glockenoberseite in den Behälter hinein erstreckt, wobei die Unterseite des Befüllrohrs oberhalb des Behälterbodens endet und das Befüllrohr mit der Glocke, insbesondere fest, verbunden ist sowie im Behälterdeckel um seine Längsachse drehbar gelagert ist,

- eine Abdichtung zum Abdichten des Befüllrohrs und des Behälterdeckels,

- einen Drehantrieb zum Drehen des Befüllrohrs um seine Längsachse und

- eine Heizeinrichtung zum Erwärmen des biologischen Stoffes im Inneren des Behälters vom Inneren der hohlen Überlaufwände des Behälters insbesondere auf eine Temperatur von etwa 100 °C, insbesondere bei einem atmosphärischen Druck von etwa 1,0 bar, zur Erzeugung einer hinsichtlich des Feststoffanteils aufkonzentrierten Flüssigphase und einer Wasser und Stickstoffverbindungen, insbesondere Ammoniak, enthaltenden Gasphase im Inneren des Behälters.

Das Trennverfahren, das mit dieser Vorrichtung durchgeführt wird, umfasst die folgenden

T rennverfahrensschritte:

- Bereitstellen eines im Grundriss runden Behälters der vorstehend beschriebenen Bauweise,

Befüllen des Behälters mittels eines Befüllrohrs mit einem biologischen Stoff, gleichzeitiges Drehen der Glocke,

- Abtrennen von Wasser und Stickstoffverbindungen, insbesondere Ammoniak, aus dem biologischen Stoff in Form von Brüden mittels Verdampfung,

- Rückgewinnung von Wärme aus dem Brüden mittels Brüdenverdichtung und

- Abtrennen der Stickstoffverbindungen, insbesondere Ammoniak, aus dem verdichteten Brüden mittels Stripping und Separierung des Wasseranteils.

Diese Vorrichtung und das hiermit durchgeführte Trennverfahren haben gegenüber dem bisher bekannten Stand der Technik signifikante Vorteile. Es sind jedoch weitere Entwicklungen notwendig, um die Trennung der biologischen Stoffe noch effektiver zu gestalten und um noch mehr Wärmeenergie zurückzugewinnen.

In dem Lehrbuch "Thermische Trennverfahrenstechnik: Grundlagen und Methoden“, von Mersmann, Kind und, Stichlmair, 2005, 10. Konzeptuelle Prozessentwicklung, Seiten 572 bis 574, "Gewinnung von reinem Ammoniak aus Abwasser“, wird ein Zweidrucktrennverfahren mit zwei Rektifikationskolonnen zur Abtrennung von Ammoniak aus Abwasser beschrieben. In der ersten Kolonne wird bei einem Druck von 1,0 bar im Sumpf reines Wasser abgetrennt. Am Kopf kann wirtschaftlich nur auf eine Temperatur von etwa 45 °C abgekühlt werden, was einer Ammoniakkonzentration von etwa 20 Gew.- % entspricht. Das verflüssigte Kopfprodukt wird auf 20 bar verdichtet und in die zweite Kolonne eingeleitet, wo am Kopf flüssiges Ammoniak bei einer Temperatur von 45 °C gewonnen wird. Im Sumpf kann durch das Heizmedium nur eine produktseitige Temperatur von 180 °C erreicht werden, was einer Ammoniakkonzentration von 10 Gew.- % entspricht. Diese Ammoniaklösung wird in die erste Kolonne rezirkuliert.

Derartige Rezirkulationsströme sind aber für den Prozess ungünstig, da sie die internen Mengenströme erhöhen, was zu erhöhten Investitions- und Betriebskosten in Form von Energiekosten führt.

Mammutpumpen oder Airlift Pumps wie sie beispielsweise in dem amerikanischen Patent US 8,047,808 B2 beschrieben werden, sind seit über zweihundert Jahren bekannt. Sie werden unter anderem zur Förderung von Gülle aus stationären Gülletanks in Tankwagen verwendet (vgl. Agro-Center Fliegl, Pumpstation Mammut Gülle). Sie werden des Weiteren in Sand-Waschanlagen zum Auswaschen von Sand-Wasser-Organik- Gemischen unter Ausnutzung des Coanda-Effekts verwendet. Bei dieser Art der Förderung muss über ein Rohr Luft mit hohem Druck in das Steigrohr eingeblasen werden, die beim Aufstieg den Sand oder Schlamm mit dem Wasser mitreißt. Dieses Prinzip ist aber - wenn überhaupt - nur sehr eingeschränkt zur Trennung biogener, halbsynthetischer und/oder synthetischer Stoffgemische in ihre festen, flüssigen und gasförmigen Anteile unter Wärmerückgewinnung geeignet, da große Mengen an Luft eingeblasen werden müssen, die die Gase, die man abzutrennen wünscht, zu sehr verdünnen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung

Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde, Trennvorrichtungen und Trennverfahren bereitzustellen, durch die mit einem vergleichsweise geringen Energieaufwand und einer effektiven Wärmerückgewinnung Wasser und Stickstoffverbindungen, insbesondere Ammoniak, aus einem biologischen Stoff und die Stickstoffverbindungen auch noch von dem Wasser abgetrennt werden können. Darüber hinaus sollen sich die Trennvorrichtungen und Trennverfahren nicht nur für die Auftrennung biogener Stoffgemische, die Feststoffe, Wasser und Stickstoffverbindungen enthalten, eignen, sondern auch für die Reinigung und Auftrennung von halbsynthetischen Stoffgemischen, die durch die Weiterverarbeitung biogener Stoffgemische beispielsweise im Rahmen der Produktion von Lebensmitteln, Tiernahrung und Nahrungszusatzstoffen hergestellt werden, eignen. Des Weiteren sollen sich die Trennvorrichtungen und Trennverfahren auch für die Auftrennung und Reinigung von synthetischen Stoffgemischen im Rahmen der Produktion von organischen und anorganischen, niedermolekularen und hochmolekularen chemischen Verbindungen wie Lösemitteln, Gasen, Pharmazeutika, Farbstoffen, Katalysatoren oder Kunststoffen, eignen.

Nicht zuletzt sollen die bereitgestellten Trennvorrichtungen in platzsparender und erweiterbarer Modulbauweise zur Verfügung gestellt werden, sodass sie den jeweiligen Bedürfnissen optimal angepasst werden können. Darüber hinaus sollen sie sowohl stationär als auch mobil sein. Es soll des Weiteren möglich sein, mehrere an unterschiedlichen Orten befindliche Trennvorrichtungen von einer zentralen Anlage aus elektronisch zu steuern. Erfindungsgemäße Lösung

Demgemäß wurde der aus thermisch, mechanisch und chemisch stabilen und korrosionsstabilen Materialien aufgebaute Gasabtrennenzylinder zur Abtrennung von gasförmigen Anteilen biogener, halbsynthetischer und/oder synthetischer Stoffgemische gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gefunden, der im Folgenden als »erfindungsgemäßer Gasabtrennenzylinder« bezeichnet wird.

Außerdem wurde der aus thermisch, mechanisch und chemisch stabilen und korrosionsstabilen Materialien aufgebaute Umdampfer mit kreisförmigem Querschnitt zur Herstellung von gereinigtem Brüden gemäß dem unabhängigen Anspruch 2 gefunden, der im Folgenden als »erfindungsgemäßer Umdampfer« bezeichnet wird.

Des Weiteren wurde die aus thermisch, mechanisch und chemisch stabilen und korrosionsstabilen Materialien aufgebaute Trennvorrichtung zur Trennung biogener, halbsynthetischer und/oder synthetischer Stoffgemische in ihre festen, flüssigen und gasförmigen Anteile unter Wärmerückgewinnung gemäß dem unabhängigen Anspruch 3 gefunden. Im Folgenden wird die Trennvorrichtung der Kürze halber als »erfindungsgemäße Trennvorrichtung« bezeichnet.

Vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Trennvorrichtung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 4 bis 10.

Außerdem wurde das Trennverfahren zur Trennung biogener, halbsynthetischer und/oder synthetischer Stoffgemische in ihre festen, flüssigen und gasförmigen Anteile unter Wärmerückgewinnung mithilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß dem unabhängigen Anspruch 11 gefunden. Im Folgenden wird das Trennverfahren der Kürze halber als »erfindungsgemäßes Trennverfahren« bezeichnet.

Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Trennverfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 12 bis 27.

Außerdem wurde die Verwendung der erfindungsgemäßen Trennvorrichtung und des erfindungsgemäßen Trennverfahrens gemäß dem unabhängigen Anspruch 28 gefunden, die als »erfindungsgemäße Verwendung« bezeichnet wird. Vorteile der Erfindung

Im Hinblick auf den Stand der Technik war es überraschend und für den Fachmann nicht vorhersehbar, dass die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zu Grunde lag, mithilfe des erfindungsgemäßen Gasabtrennenzylinders, des erfindungsgemäßen Umdampfers, der erfindungsgemäßen Trennvorrichtung, des erfindungsgemäßen Trennverfahrens und der erfindungsgemäßen Verwendung gelöst werden konnte.

Insbesondere überraschte, dass der erfindungsgemäße Gasabtrennenzylinder und der erfindungsgemäßen Umdampfer hervorragend zu einer besonders effektiven und effizienten erfindungsgemäßen Trennvorrichtung, mit der das erfindungsgemäße Trennverfahren besonders gut durchgeführt werden konnte, kombiniert werden konnten.

Des Weiteren überraschte, dass mit einem vergleichsweise geringen Energieaufwand und einer effektiven Wärmerückgewinnung Wasser und Stickstoffverbindungen, insbesondere Ammoniak, aus einem biologischen Stoff und die Stickstoffverbindungen auch noch von dem Wasser abgetrennt werden konnten. Darüber hinaus eigneten sich die erfindungsgemäße Trennvorrichtung und das erfindungsgemäße Trennverfahren nicht nur für die Auftrennung biogener Stoffgemische, die Feststoffe, Wasser und Stickstoffverbindungen enthielten, sondern auch für die Reinigung und Auftrennung von halbsynthetischen Stoffgemischen, die durch die Weiterverarbeitung biogener Stoffgemische beispielsweise im Rahmen der Produktion von Lebensmitteln, Tiernahrung und Nahrungszusatzstoffen hergestellt wurden, hervorragend eigneten. Des Weiteren eigneten sich die Trennvorrichtung und das Trennverfahren auch hervorragend für die Auftrennung und Reinigung von synthetischen Stoffgemischen im Rahmen der Produktion von organischen und anorganischen, niedermolekularen und hochmolekularen chemischen Verbindungen wie Lösemitteln, Treibstoffen, technischen Gasen, Pharmazeutika, Farbstoffen, Katalysatoren oder Kunststoffen.

Nicht zuletzt konnte die erfindungsgemäße Trennvorrichtung in platzsparender und erweiterbarer Modulbauweise zur Verfügung gestellt werden, sodass sie den jeweiligen Bedürfnissen optimal angepasst werden konnte. Darüber hinaus konnte sie sowohl stationär als auch mobil sein. Es war des Weiteren möglich, mehrere an unterschiedlichen Orten befindliche erfindungsgemäße Trennvorrichtungen von einer zentralen Anlage aus elektronisch zu steuern. Weitere besondere Vorteile gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Der erfindungsgemäße Gasabtrennenzylinder und der erfindungsgemäße vertikale Umdampfer können in vielfältiger Weise mit Vorteil verwendet werden. Bevorzugt werden sie indes als Komponenten in der erfindungsgemäßen Trennvorrichtung verwendet. Ihre Beschreibung erfolgt daher im Rahmen der Beschreibung der erfindungsgemäßen Trennvorrichtung und des erfindungsgemäßen Trennverfahrens.

Die erfindungsgemäße Trennvorrichtung ist aus thermisch, mechanisch und chemisch stabilen und gegen Korrosion stabilen Materialien aufgebaut. Beispiele solcher Materialien sind Metalle wie Kupfer, Kupferlegierungen, Stahl, V2A-Stahl, V4A-Stahl, Chromstahl, Chrom-Nickel-Stahl und Monel, Gläser, Saphirglas, Glaskeramiken, Keramiken und Hochleistungkunststoffe wie Teflon, KEL-F®, Polyetherketone, Polysulfone, Polyimide, Polyketone, Polyethersulfone und Polyamidimide. Die Hochleistungskunststoffe können noch mit einer Kratzfestbeschichtung, die beispielsweise Siliziumdioxid-Nanopartikel enthält, ausgerüstet werden.

Die erfindungsgemäße Trennvorrichtung dient der Trennung biogener, halbsynthetischer und/oder synthetischer Stoffgemische in ihre festen, flüssigen und gasförmigen Anteile. Vorzugsweise werden die Stoffgemische und ihre Inhaltsstoffe aus

- Abfallprodukten, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Gülle, Jauche, Fäkalien, Gärresten, Fermenten, Klärschlämmen, Wasser aus Nachklärbecken, Konzentraten der biologischen Reinigungsstufen und Rückständen von chemischen Wäschern, mikrobiologischen Reaktoren, gentechnologischen Anlagen, Filtern und Elektrofiltern und Rückständen aus der Abluftbehandlung und aus Klimaanlagen,

- Aufschlämmungen und Kulturen von Mikroorganismen und Zellen sowie Aufschlämmungen von zerkleinerten Pilzen, Pflanzen, Pflanzenresten, toten Tieren und Tierresten, nativen Biopolymeren, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Proteinen und Peptiden, Nukleinsäuren, alpha-Polysacchariden, beta-Polysacchariden, Lipiden, Polyhydroxyalkanoaten, Cutin, Suberin, Polylactiden, Polyhydroxybutyraten, thermoplastische Stärken, Thermoplasten auf Ligninbasis und Epoxyacrylaten auf der Basis von natürlichen Ölen,

Wachsen, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Candelillawachs, Carnaubawachs, Japanwachs, Espartograswachs, Korkwachs, Guarumawachs, Reiskeimölwachs, Zuckerrohrwachs, Ouricury wachs, Montanwachs, absolute Blütenwachsen, Kuba-Palmenwachs, Baumwollwachs, Flachswachs, Torfwachs, Rosenwachs, Jasminwachs, Peethawachs, Myrtewachs, Wachsfeigenwachs, Walrat, Wollwachs, Schellack, Chinawachs, Bienenwachs, Bürzeldrüsenwachs, Ceresin, Ozokerit, Hartwachsen, Montanesterwachsen, Sasolwachsen, hydrierten Jojobawachsen, Wollwachsalkoholen (Eucerit) und modifizierte Bienenwachsen (Cerabellina).

Körperflüssigkeiten, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Blut, Lymphe, Speicher, Magensaft, Sekretion des Pankreas, Galle, Urin, Schweiß, Muttermilch, Vaginalsekret, Tränenflüssigkeit, Nasensekret, Ejakulat, Menstruationsflüssigkeit, Surfactant, Wasser des Auges, Hirnwasser, Aszites, Pleuraflüssigkeit, Pericardflüssigkeit, Gelenksflüssigkeit, Fruchtwasser und Ohrenschmalz,

Feststoff-Flüssigkeit-Gas-Gemischen aus Erdölquellen, Erdgasquellen, Erzbergwerken, Kohlebergwerken und chemischen Reaktoren, insbesondere Kohlendioxid, Methan, Propan, Ammoniak, flüchtige organische Amine, Wasserstoff enthaltende Lösungen und Dispersionen, die Reaktionsprodukte wie niedermolekulare organische Verbindungen, Oligomere und Polymere und/oder von heterogene Katalysatoren wie Zeolithe und geträgerte Edelmetalle, enthalten, anorganischen und organischen, niedermolekularen, oligomeren und hochmolekularen Feststoffen, insbesondere Sanden, Erzen, Oxiden, Katalysatoren, niedermolekularen organischen Verbindungen, Oligomeren und Polymeren, anorganischen und organischen, bevorzugt protisch polaren und aprotisch unpolaren und polaren, Lösemitteln, insbesondere Wasser, flüssiges Ammoniak, Methanol, Ethanol, Propanol, Isopropanol, Butanol, Amylalkohol, Ethylenglykol, Trimethylenglykol, Butylenglykol, Ethylenglykoldimethylether,

Butylenglykoldimethylether, Dimethylether, Diethylether, Aceton, Methylethylketon, N-Methylpyrrolidon, Dimethylsulfat, Pentan, Heptan, Octan und Nonan und ihre Isomere, Cyclohexan, Cyclohexanon, Toluol, Kresol sowie perhalogenierte und teilhalogenierte chlorierte, fluorierte und chlorfluorierte Kohlenwasserstoffe wie Chloroform, Tetrachlorkohlenstoff, Trichlorethan, Frigene und partiell fluorierte Kohlenwasserstoffe; weitere Lösemitteln gehen aus dem Lehrbuch von Dieter Stoye und Werner Freitag (Editoren), Paints, Coatings and Solvents, 2. Aufl., Wiley-VCH, 1998, Seiten 327 bis 399, hervor.

- anorganischen und organischen Gasen, insbesondere die vorstehend aufgeführten, und

- Lebensmitteln, Getränken und Lebensmittelvorprodukten, insbesondere pastösen und cremigen Lebensmitteln und Teigen, Fruchtsäften, Bieren, Weinen, Gemüsesäften, passierten Gemüsen wie passierten Tomaten, Zuckersirup, Zuckerlösungen und Melasse, ausgewählt.

Die erfindungsgemäße Trennvorrichtung umfasst - in der Reihenfolge des Ablaufs der

Trennverfahrensschritte des erfindungsgemäßen Trennverfahrens gesehen - zumindest die folgenden Komponenten.

(A) mindestens eine, insbesondere eine, erste Förderervorrichtung, vorzugsweise eine Förderpumpe, zum Fördern mindestens eines Stroms mindestens eines, insbesondere eines, ersten Stoffgemischs der vorstehend beschriebenen Art durch mindestens einen, insbesondere einen, Eingangswärmetauscher zum Aufheizen des mindestens einen, insbesondere einen, ersten Stroms zur Bildung mindestens eines, insbesondere eines, heißen Stroms eines zweiten Stoffgemischs durch mindestens ein, insbesondere ein, heißes Kondensat des Brüden aus dem nachstehend beschriebenen mindestens einen, insbesondere einen, erfindungsgemäßen Umdampfer, wobei der mindestens eine, insbesondere eine, Eingangswärmetauscher mindestens einen, insbesondere einen, Ablauf für das mindestens eine, insbesondere eine, abgekühlte Kondensat des Brüden und mindestens einen, insbesondere einen, Auslass für die Dämpfe des Kondensats des Brüden aufweist,

(B) mindestens eine, insbesondere eine, Leitung, bevorzugt mindestens eine, insbesondere eine, Rohrleitung, zur Förderung des mindestens einen, insbesondere einen, heißen zweiten Stroms von dem mindestens einen, insbesondere dem einen, Eingangswärmetauscher in mindestens einen, insbesondere einen, Fliehkraftabscheider, bevorzugt in mindestens einen, insbesondere in einen, Hydrozyklon, mittels mindestens einer, insbesondere einer, mit einem heißen Medium, insbesondere mit Heißdampf, betriebenen mindestens einen, insbesondere einen, zweiten Fördervorrichtung, vorzugsweise mindestens einen, insbesondere einen, Ejektor, Turboverdichter, Seitenkanalverdichter und/oder Kompressor, zum Aufschäumen des flüssigen und gasförmigen Anteils des mindestens einen, insbesondere einen, heißen zweiten Stroms durch die Änderung der Oberflächenspannung beim Eintritt und im Inneren des mindestens einen, insbesondere einen, Fliehkraftabscheiders, bevorzugt des mindestens einen, insbesondere des einen, Hydrozyklons, zur Erzeugung eines Dichteunterschieds zwischen dem flüssigen Anteil und dem festen Anteil des mindestens einen, insbesondere einen, heißen zweiten Stoffgemischs, sodass die Dichte des festen Anteils > die Dichte des flüssigen und gasförmigen Anteils ist,

(C) mindestens eine, insbesondere eine, Vorrichtung, vorzugsweise mindestens eine, insbesondere eine, Schleuse, zum Austragen des in dem mindestens einen, insbesondere einen, Fliehkraftabscheider, vorzugsweise des mindestens einen, insbesondere des einen, Hydrozyklons, abgetrennten Feststoffanteils,

(D) mindestens eine, insbesondere eine, Leitung, vorzugsweise mindestens eine, insbesondere eine, Rohrleitung, zur Förderung des abgetrennten, aufgeschäumten, flüssigen und gasförmigen Anteils in den mindestens einen, insbesondere den einen, Flüssigkeitsauffangbehälter mindestens eines, insbesondere eines, erfindungsgemäßen Gasabtrennenzylinders mit kreisförmigem Querschnitt, wobei der mindestens eine, insbesondere eine, erfindungsgemäße Gasabtrennenzylinder zumindest die folgenden Komponenten umfasst: (d1) mindestens einen, insbesondere einen, oberhalb des mindestens einen, insbesondere einen, Flüssigkeitsauffangbehälters fluchtend zu dem mindestens einen, insbesondere einen, erfindungsgemäßen Gasabtrennenzylinder angeordneten mindestens einen, insbesondere einen, ersten Wärmetauscher mit einer Betriebstemperatur T1 zum Auskondensieren und zur Rückführung von kondensiertem flüssigem Anteil, in dem eine geringe Menge von gasförmigem Anteil gelöst ist, in den mindestens einen, insbesondere einen, Flüssigkeitsauffangbehälter,

(d2) mindestens einer, insbesondere einer, oberhalb des mindestens einen, insbesondere des einen, ersten Wärmetauschers fluchtend angeordneten Wendekammer zur Umlenkung des verbleibenden gasförmigen Anteils mit geringen Mengen an verbleibendem flüssigem Anteil zum Eintritt in den mindestens einen, insbesondere den einen, zweiten, fluchtend angeordneten Wärmetauscher einer Betriebstemperatur T2 < T1 zum Auskondensieren mindestens einer Lösung des gasförmigen Anteils in dem flüssigen Anteil und zum Sammeln dieser Lösung in mindestens einer, insbesondere einer, unterhalb des mindestens einen, insbesondere des einen, zweiten Wärmetauschers angeordneten Sammelkammer zur Verhinderung des Rücklaufs der besagten Lösung und zur Ausleitung der besagten Lösung durch mindestens eine, insbesondere eine, Auslaufvorrichtung sowie

(d3) mindestens einen, insbesondere einen, am oberen Ende des mindestens einen, insbesondere des einen, erfindungsgemäßen Gasabtrennenzylinders angeordneten mindestens einen, insbesondere einen, Abgasauslass zur Ableitung der nicht kondensierten restlichen Gase,

(E) mindestens eine, insbesondere eine, Leitung, vorzugsweise mindestens eine, insbesondere eine, Rohrleitung, zum Befördern des mindestens einen, insbesondere des einen, in dem mindestens einen Flüssigkeitsauffangbehälter befindlichen vereinigten Stoffgemischs in mindestens einen, insbesondere in einen, am unteren Ende mindestens eines, insbesondere eines erfindungsgemäßen Umdampfers mit kreisförmigem Querschnitt angeordneten Verteilerraum, wobei der mindestens eine, insbesondere der eine, erfindungsgemäße Umdampfer des Weiteren zumindest die folgenden Komponenten umfasst: (e1) mindestens eine, insbesondere eine, Vorrichtung zur Dosierung mindestens eines, insbesondere eines Mittels, vorzugsweise einer anorganischen und/oder organische Säure, bevorzugt Schwefelsäure und/oder ortho-Phosphorsäure, in den mindestens einen, insbesondere einen, Verteilerraum zur Bindung der verbliebenen gasförmigen Anteile, insbesondere des Ammoniaks und/oder der flüchtigen organischen Amine, des vereinigten Stoffgemischs und zur Bildung eines von gasförmigen Anteilen, insbesondere von Ammoniak und/oder von flüchtigen organischen Aminen, befreiten Stoffgemischs,

(e2) mindestens einen, insbesondere einen, Rohrbündelwärmetauscher mit konzentrisch angeordneten Wärmetauscherrohren zum Erhitzen des aus dem mindestens einen, insbesondere einen, Verteilerraum vertikal nach oben strömenden Stoffgemischs, wobei der mindestens eine, insbesondere eine, Rohrbündelwärmetauscher mit über mindestens ein, insbesondere ein, Brüdenzentralrohr zurückgeleitetem heißem Brüden betreibbar ist,

(e3) mindestens ein, insbesondere ein, das mindestens eine, insbesondere das eine, Brüdenzentralrohr jeweils konzentrisch umgebendes Brüdenrohr zur Ausleitung des Brüden aus dem mindestens einen, insbesondere dem einen, erfindungsgemäßen Umdampfer durch mindestens einen, insbesondere einen, Brüdenauslass zu dem mindestens einen, insbesondere dem einen, Eingangswärmetauscher zum Erwärmen des mindestens einen, insbesondere einen, ersten Stoffgemischs,

(e4) Austrittsöffnungen am oberen Ende des mindestens einen, insbesondere des einen, Rohrbündelwärmetauschers zum Ausleiten des erhitzten flüssigen Stoffgemischs in mindestens einen, insbesondere in einen, Verdampferraum mindestens eines, insbesondere eines, den mindestens einen, insbesondere einen, Rohrbündelwärmetauscher konzentrisch umhüllenden Außenbehälter zur Abtrennung des Brüden und Sammeln des resultierenden flüssigen Stoffgemischs in mindestens einem, insbesondere in einem Sammelraum,

(e5) mindestens ein, insbesondere ein, oberhalb der Austrittsöffnungen und des mindestens einen, insbesondere einen, Verdampferraums angeordnetes Tropfenabprallblech in der Form einer sich nach unten öffnenden Mantelfläche eines flachen Kegelstumpfs, (e6) mindestens einen, insbesondere einen, Brüdenaustrittsstutzen, der jeweils um das mindestens eine, insbesondere das eine, Brüdenrohr (36b) ringförmig angeordnet ist, zum Ausleiten des Brüden aus dem mindestens einen, insbesondere aus dem einen, Verdampferraum in den mindestens einen, insbesondere in den einen, unteren Abscheidering mindestens eines, insbesondere eines, als Zentrifugalabscheider wirkenden Tropfenabscheiders, wobei der mindestens eine, insbesondere der eine, untere Abscheidering des Weiteren - von innen nach außen gesehen - zumindest mindestens eine, insbesondere eine, umlaufende innere Kammer, mindestens einen, insbesondere einen, vertikal angeordneten umlaufenden Siebring zum Auffangen noch vorhandener Tropfen und Feststoffteilchen und zum Durchtritt des Brüden in und durch mindestens eine, insbesondere eine, umlaufende äußere Kammer und durch mindestens einen, insbesondere einen, umlaufenden Siebring in mindestens eine, insbesondere eine, innere Kammer mindestens eines, insbesondere eines oberen Abscheiderings umfasst, wobei mindestens eine, insbesondere eine obere Abscheidering (47) zumindest mindestens einen, insbesondere einen, Brüdenauslass für die Zuleitung zumindest eines Teils des gereinigten Brüden zu (i) mindestens einem, insbesondere einem, Brüdenverdichter zum Verdichten des gereinigten Brüden und zur Verdichtung und zur Rückführung des gereinigten Brüden in die mindestens eine, insbesondere in die eine, saubere Primärseite des mindestens einen, insbesondere einen Umdampfers als Antriebsenergie oder zur (ii) der mindestens einen, insbesondere der einen, sauberen Primärseite mindestens eines weiteren, insbesondere eines weiteren, in Kaskade geschalteten erfindungsgemäßen Umdampfers gleicher oder unterschiedlicher Bauart umfasst, sowie

(e7) mindestens einen, insbesondere einen, Auslass für das Stoffgemisch am unteren Ende des mindestens einen, insbesondere des einen, Sammelraums und mindestens eine, insbesondere eine, Fördervorrichtung, vorzugsweise mindestens eine, insbesondere eine, Förderpumpe, zur Förderung des Stoffgemischs in mindestens einen, insbesondere einen, Fliehkraftabscheider, vorzugsweise mindestens einen, insbesondere einen, Hydrozyklon, zur Auftrennung und Ausleitung des flüssigen Anteils, insbesondere als flüssiger Dünger, und des restlichen festen Anteils. Beispiele geeigneter Wärmetauscher sind Gegenstromwärmetäuscher, Gleichstromwärmetauscher, Kreuzstromwärmetauscher, Wirbelstromwärmetauscher, Kreuzgegenstromwärmetauscher, Rohrbündelwärmetauscher, Rekuperatoren, Plattenwärmeüberträger, Spiralwärmeüberträger, U-Rohr-Wärmetauscher, Wärmerohre, Mantelrohrwärmeüberträger, Heizregister und Rotationswärmetauscher.

In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Trennvorrichtung wird der mindestens eine, insbesondere eine, erfindungsgemäße Umdampfer als Naturumlaufverdampfer betrieben.

In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Trennvorrichtung ist an der oberen kreisförmigen Kante des mindestens einen, insbesondere einen, Rohrbündelwärmetauschers des mindestens einen, insbesondere einen, erfindungsgemäßen Umdampfers jeweils ein umlaufendes, sich schräg nach unten öffnendes Abtropfblech angebracht.

In noch einerweiteren bevorzugten Ausführungsform der mindestens einen, insbesondere einen, fühlt erfindungsgemäßen Trennvorrichtung hat oder haben das mindestens eine, insbesondere eine, Tropfenabprallblech, das mindestens eine, insbesondere eine, Abtropfblech und/oder der Bereich der Austrittsöffnungen des mindestens einen, insbesondere des einen, Rohrbündelwärmetauschers eine superhydrophile und/oder superhydrophobe Oberfläche.

Beispiele für superhydrophobe Oberflächen sind Oberflächen, die mit Manganoxid/Polystyrol-Nanocompositen, Zinkoxid/Polystyrol-Nanocompositen, gefälltem Calciumcarbonat, Kohlenstoffnanoröhrchen, Siliziumdioxidnanoteilchen, fluorierten Silanen oder Fluorpolymeren enthaltenden Coatings beschichtet sind.

Beispiele für superhydrophile Oberflächen sind Oberflächen, die mit Sonnenlicht bestrahltem Titandioxid beschichtet sind.

In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Trennvorrichtung weist bei der Kaskadenschaltung der mindestens eine, insbesondere eine, erste erfindungsgemäße Umdampfer auf seiner mindestens einen, insbesondere einen, Primärseite mindestens einen, insbesondere einen, Brüdeneingang für die Zuleitung eines heißen Mediums, insbesondere Heißdampf, einer Temperatur T3 und mindestens einen, insbesondere einen Brüdenaustritt mit einer Zuführung für das austretende heiße Medium einer Temperatur T4 zu mindestens einem, insbesondere einem, Brüdeneingang mindestens eines, insbesondere eines, zweiten erfindungsgemäßen Umdampfers auf. Dieser hat wiederum mindestens einen, insbesondere einen, Brüdenaustritt mit mindestens einer, insbesondere einer, Zuführung für das austretende heiße Medium, insbesondere Heißdampf, einer Temperatur T5 zu dem mindestens einen, insbesondere dem einen, Brüdeneingang mindestens eines, insbesondere eines, n-ten erfindungsgemäßen Umdampfers mit mindestens einem, insbesondere einem, Brüdenaustritt mit mindestens einer, insbesondere einer, Zuführung für das austretende heiße Medium einer Temperatur Tn zu mindestens einem, insbesondere einem, Wärmetauscher eines Endverbrauchers der Energie, insbesondere der Wärmeenergie. Der besagte mindestens eine, insbesondere eine, Wärmetauscher des Endverbrauchers hat mindestens einen, insbesondere einen, Kondensatauslass zu mindestens einer, insbesondere eine Sammelleitung, insbesondere für Wasser. Dabei ist Variable n gleich einer ganzen Zahl >3. Für die Temperaturen gilt T3 > T4 > T5 > Tn. Die in Kaskade geschalteten erfindungsgemäßen Umdampfer sind bevorzugt baugleich. Bevorzugt haben sie jeweils mindestens einen unteren und mindestens einen oberen Abscheidering.

Vorzugsweise handelt es sich bei dem heißen Medium um heiße Dämpfe, die unter einem Druck von 1,0 bar bis 20 bar stehen können. Die Temperaturen der heißen Dämpfe liegen vorzugsweise bei 50 °C bis 500 °C. Vorzugsweise wird auch die Kondensationswärme der heißen Medien in der erfindungsgemäßen Trennvorrichtung genutzt.

Die heißen Medien können in unterschiedlicher Weise erzeugt werden. Beispielsweise können dazu heiße Abgase aus BHKW, Heizkraftwerken, Atomkraftwerken, Drehrohröfen, Gasbrennern und Gas-und Dampf-Kombikraftwerken verwendet werden. Es ist auch möglich, die heißen Medien durch Solarthermie zu erzeugen.

Bei dem Endverbraucher oder den Endverbrauchern kann es sich um stromerzeugende Turbinen handeln, deren elektrische Energie zum Betreiben der erfindungsgemäßen Gasabtrennenzylinder, der erfindungsgemäßen Umdampfer und der erfindungsgemäßen Trennvorrichtungen genutzt werden kann. Es kann sich aber auch um Warmwasserbereitungsanlagen und/oder Heizungsanlagen handeln. Die erfindungsgemäße Trennvorrichtung weist eine Peripherie zur elektronischen, pneumatischen, hydraulischen und mechanischen Steuerung mit üblichen und bekannten Mess- und Regelgeräten und Sensoren für Druck, Temperatur, Durchfluss und chemische Zusammensetzung sowie entsprechende Aktuatoren auf.

Die erfindungsgemäße Trennvorrichtung dient insbesondere der Durchführung des erfindungsgemäßen T rennverfahrens.

Das erfindungsgemäße Trennverfahren umfasst zumindest die folgenden T rennverfahrensschritte:

(A) Fördern mindestens eines, insbesondere eines, Stroms mindestens eines, insbesondere eines, ersten Stoffgemischs, bevorzugt eines ersten Stoffgemischs der vorstehend beschriebenen Art, mit mindestens einer, insbesondere einer, Fördervorrichtung, vorzugsweise einer Förderpumpe, durch mindestens einen, insbesondere einen, Eingangswärmetauscher, Aufheizen des mindestens einen, insbesondere einen, Stroms und Bilden mindestens eines, insbesondere eines, heißen Stroms eines zweiten Stoffgemischs durch mindestens ein, insbesondere ein, heißes Kondensat des Brüden aus dem mindestens einen, insbesondere einen, erfindungsgemäßen Umdampfer, wobei der mindestens eine, insbesondere eine, Eingangswärmetauscher mindestens einen, insbesondere einen, Ablauf für das mindestens eine, insbesondere eine, abgekühlte Kondensat des Brüden und mindestens einen Auslass für Dämpfe des Kondensats des Brüden aufweist,

(B) Fördern des mindestens einen, insbesondere einen, heißen zweiten Stroms von dem mindestens einen, insbesondere einen, ersten Wärmetauscher in mindestens einen, insbesondere in einen, Fliehkraftabscheider, bevorzugt mindestens einen, insbesondere einen, Hydrozyklon, über mindestens eine, insbesondere eine, Leitung, bevorzugt mindestens eine, insbesondere eine Rohrleitung, mittels mindestens einer, insbesondere einer, mit einem heißen Medium, insbesondere mit Heißdampf, betriebenen Fördervorrichtung, vorzugsweise mindestens einem, insbesondere einem, Ejektor und Aufschäumen des flüssigen und gasförmigen Anteils des mindestens einen, insbesondere einen, heißen zweiten Stroms durch die gezielte Änderung der Oberflächenspannung beim Eintritt und im Inneren mindestens eines, insbesondere eines, Fliehkraftabscheiders, bevorzugt mindestens eines, insbesondere eines Hydrozyklons, und Erzeugen eines Dichteunterschieds zwischen dem flüssigen und gasförmigen Anteil einerseits und dem festen Anteil andererseits des mindestens einen heißen Stoffgemischs, sodass die Dichte des festen Anteils > die Dichte des flüssigen und gasförmigen Anteils wird,

(C) Austragen des in dem mindestens einen, insbesondere in dem einen, Fliehkraftabscheider, bevorzugt in dem mindestens einen, insbesondere in dem einen Hydrozyklon, abgetrennten Feststoffanteils mit mindestens einer, insbesondere einer, Vorrichtung zum Ausschleusen von Feststoffen, bevorzugt mindestens einer, insbesondere einer, Schleuse,

(D) Förderung des abgetrennten, aufgeschäumten, flüssigen und gasförmigen Anteils durch mindestens eine, insbesondere eine, Leitung, bevorzugt mindestens eine, insbesondere eine, Rohrleitung, in den mindestens einen, insbesondere den einen, Flüssigkeitsauffangbehälter mindestens eines, insbesondere eines, erfindungsgemäßen Gasabtrennenzylinders mit kreisförmigem Querschnitt, wobei das erfindungsgemäße Trennverfahren in dem mindestens einen erfindungsgemäßen Gasabtrennenzylinder die folgenden Trennverfahrensschritte umfasst:

(d1) Auskondensieren des flüssigen Anteils, in dem noch eine geringe Menge von gasförmigem Anteil gelöst ist, in mindestens einem, insbesondere in einem, oberhalb des mindestens einen, insbesondere einen,

Flüssigkeitsauffangbehälters fluchtend zu dem mindestens einen, insbesondere dem einen, erfindungsgemäßen Gasabtrennenzylinder angeordneten ersten Wärmetauscher mit einer Betriebstemperatur T1 zum Auskondensieren und zur Rückführung von kondensiertem flüssigem Anteil, in dem eine geringe Menge von gasförmigem Anteil gelöst ist, in den in den mindestens einen, insbesondere einen Flüssigkeitsauffangbehälter, (d2) Umlenken der resultierenden mindestens einen, insbesondere einen, aufsteigenden Lösung des gasförmigen Anteils in dem flüssigen Anteil in mindestens einer, insbesondere in einer, oberhalb des mindestens einen, insbesondere einen, ersten Wärmetauschers fluchtend angeordneten Wendekammer, Eintreten des verbleibenden gasförmigen Anteils mit geringen Mengen an verbleibendem flüssigem Anteil in den mindestens einen, insbesondere in den einen, zweiten, fluchtend angeordneten zweiten Wärmetauscher einer Betriebstemperatur T2 < T1 und Sammeln der mindestens einen resultierenden konzentrierten Lösung des verbliebenen gasförmigen Anteils in mindestens einer, insbesondere in einer, unterhalb des mindestens einen, insbesondere des einen, zweiten Wärmetauschers angeordneten Sammelkammer zur Verhinderung des Rücklaufs von der besagten Lösung in den mindestens einen, insbesondere in den einen, ersten Wärmetauscher und zur Ausleitung der besagten Lösung durch mindestens eine, insbesondere durch eine, Auslaufvorrichtung sowie (d3) Ableiten der nicht kondensierten restlichen Gase aus mindestens einem, insbesondere aus einem, am oberen Ende des mindestens einen, insbesondere des einen, erfindungsgemäßen Gasabtrennenzylinders angeordneten mindestens einen, insbesondere einen, Abgasauslass,

(E) Befördern des mindestens einen in dem mindestens einen, insbesondere dem einen, Flüssigkeitsauffangbehälter befindlichen vereinigten Stoffgemischs über mindestens eine, insbesondere eine, Leitung, vorzugsweise mindestens eine, insbesondere eine Rohrleitung zu mindestens einem, insbesondere einem, am unteren Ende des mindestens einen, insbesondere einen, erfindungsgemäßen vertikalen Umdampfers mit kreisförmigem Querschnitt angeordneten Verteilerraum, das erfindungsgemäße Trennverfahren in dem mindestens einen Umdampfer (32) des Weiteren umfassend:

(e1) Dosieren mindestens eines Mittels, vorzugsweise mindestens einer organischen und/oder anorganischen Säure, bevorzugt Schwefelsäure und/oder ortho-Phosphorsäure, in den mindestens einen, insbesondere in den einen, Verteilerraum zur Bindung der verbliebenen gasförmigen Anteile des vereinigten Stoffgemischs und Bilden eines von gasförmigen Anteilen befreiten Stoffgemischs,

(e2) Erhitzen des mindestens einen, insbesondere einen, von dem mindestens einen, insbesondere dem einen, Verteilerraum vertikal nach oben strömenden Stoffgemischs in mindestens einem, insbesondere in einem, Rohrbündelwärmetauscher mit konzentrisch angeordneten Wärmetauscherrohren wobei der mindestens eine, insbesondere eine, Rohrbündelwärmetauscher mit dem über mindestens ein, insbesondere ein, Brüdenzentralrohr zurückgeleiteten heißen Brüden betrieben wird, (e3) Erwärmen des mindestens einen, insbesondere einen, ersten Stoffgemischs mit dem Brüden, der über das mindestens eine, insbesondere das eine, das mindestens eine, insbesondere eine, Brüdenzentralrohr jeweils konzentrisch umgebende mindestens eine, insbesondere eine, Brüdenrohr aus dem mindestens einen, insbesondere einen, erfindungsgemäßen Umdampfer durch mindestens einen, insbesondere durch einen, Brüdenauslass ausgeleitet und zur der mindestens einen, insbesondere der einen, Primärseite des mindestens einen, insbesondere einen, Eingangswärmetauschers transportiert wird,

(e4) Ausleiten des erhitzten flüssigen Stoffgemischs aus dem mindestens einen, insbesondere aus dem einen, Verteilerraum aus den Austrittsöffnungen am oberen Ende des mindestens einen, insbesondere des einen, Rohrbündelwärmetauschers in mindestens einen, insbesondere in einen, Verdampferraum mindestens eines, insbesondere eines, den mindestens einen, insbesondere den einen, Rohrbündelwärmetauscher konzentrisch umhüllenden Außenbehälters (24) und Abtrennen des Brüden und Sammeln des resultierenden flüssigen Stoffgemischs aus dem mindestens einen, insbesondere aus dem einen Sammelraum,

(e5) Sammeln von spritzenden Schäumen und Tropfen mit mindestens einem, insbesondere mit einem, oberhalb der Austrittsöffnungen und des mindestens einen, insbesondere des einen Verdampferraums (25) angeordneten Tropfenabprallblech in der Form einer sich nach unten öffnenden Mantelfläche eines flachen Kegelstumpfs,

(e6) Ausleiten des Brüden aus dem mindestens einen, insbesondere aus dem einen, Verdampferraum in den mindestens einen, insbesondere den einen, unteren Abscheidering mindestens eines, insbesondere eines, als Zentrifugalabscheider wirkenden Tropfenabscheiders über mindestens einen, insbesondere über einen, Brüdenaustrittsstutzen, der um das mindestens eine, insbesondere um das eine, Brüdenrohr ringförmig angeordnet ist, wobei der Brüden in dem mindestens einen, insbesondere in dem einen, unteren Abscheidering - von innen nach außen gesehen - in die mindestens eine, insbesondere in die eine, umlaufende innere Kammer, durch den mindestens einen, insbesondere durch den einen, vertikal angeordneten umlaufenden Siebring zum Auffangen noch vorhandener Tropfen und Feststoffteilchen und in die mindestens eine, insbesondere in die eine, umlaufende äußere Kammer eintritt und diese durchläuft und durch mindestens einen, insbesondere durch einen, umlaufenden Siebring in die mindestens eine, insbesondere in die eine, innere Kammer des mindestens einen, insbesondere des einen, oberen Abscheiderings eintritt, wo der gereinigte Brüden durch mindestens einen, insbesondere durch einen, Brüdenauslass zumindest teilweise (i) zu mindestens einem, insbesondere zu einem, Brüdenverdichter zum Verdichten des gereinigten Brüden und zur Verdichtung und zur Rückführung des gereinigten Brüden in die mindestens eine, insbesondere in die eine, saubere Primärseite des mindestens einen, insbesondere des einen, Umdampfers als Antriebsenergie oder zur (ii) mindestens einer, insbesondere einer, sauberen Primärseite mindestens eines weiteren, insbesondere eines weiteren, in Kaskade geschalteten erfindungsgemäßen Umdampfers gleicher oder unterschiedlicher, vorzugsweise gleicher, Bauart geleitet wird sowie

(e7) Ausleiten des Stoffgemischs in dem mindestens einen, insbesondere in dem einen, Sammelraum durch mindestens einen, insbesondere durch einen, Auslass am unteren Ende des mindestens einen, insbesondere des einen, Sammelraums und Fördern des besagten Stoffgemischs mit mindestens einer, insbesondere mit einer, Fördervorrichtung, vorzugsweise mindestens mit einer, insbesondere mit einer, Förderpumpe, in mindestens einen, insbesondere in einen, Fliehkraftabscheider, vorzugsweise in mindestens einen, insbesondere in einen, Hydrozyklon, und Auftrennen und Ausleiten des separierten flüssigen Anteils und des separierten festen Anteils.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Trennverfahrens werden als erste und zweite Wärmetauscher die vorstehend aufgeführten Wärmetauscher verwendet.

In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Trennverfahrens wird der mindestens eine, insbesondere eine, erfindungsgemäße Umdampfer als Naturumlaufverdampfer betrieben.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Trennverfahrens ist an der oberen kreisförmigen Kante des mindestens einen, insbesondere des einen, Rohrbündelwärmetauschers mindestens ein, insbesondere ein, umlaufendes, sich schräg nach unten öffnendes Abtropfblech angebracht.

In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Trennverfahrens hat oder haben das mindestens eine Tropfenabprallblech, das mindestens eine Abtropfblech und/oder der Bereich der Austrittsöffnungen des mindestens einen Rohrbündelwärmetauschers eine superhydrophile und/oder superhydrophobe Oberfläche, wie sie vorstehend beschrieben wird.

In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Trennverfahrens wird bei der Kaskadenschaltung dem mindestens einen, insbesondere dem einen, ersten erfindungsgemäßen Umdampfer auf seiner mindestens einen, insbesondere einen, Primärseite ein heißen Mediums einer Temperatur T3 über mindestens einen, insbesondere einen, Brüdeneingang zugeleitet und der durch mindestens einen, insbesondere durch einen, Brüdenaustritt austretende Brüden einer Temperatur T4 wird dem mindestens einen, insbesondere dem einen, Brüdeneingang auf der mindestens einen, insbesondere der einen, Primärseite mindestens eines, insbesondere eines, zweiten Umdampfers geleitet, aus dem der aus mindestens einem, insbesondere einem, Brüdenaustritt austretende Brüden einer Temperatur T5 wiederum zu dem mindestens einen, insbesondere dem einen, Brüdeneingang auf der mindestens einen, insbesondere einen, Primärseite mindestens eines, insbesondere eines, n-ten Umdampfers geleitet wird, wonach der Brüden einer Temperatur Tn durch mindestens einen, insbesondere durch einen, Brüdenaustritt zu der mindestens einen, insbesondere einen, Primärseite mindestens eines Wärmetauschers eines Endverbrauchers der Energie geleitet wird, wobei das gebildete Kondensat durch mindestens einen Kondensatauslass des mindestens einen Wärmetauschers zu mindestens einer Sammelleitung, vorzugsweise mindestens einer Wasserleitung, geleitet wird, wobei die Variable n = eine ganze Zahl >3 und T3 > T4 > T5 > Tn und die erfindungsgemäßen Umdampfer vorzugsweise baugleich sind.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Trennverfahrens hat das heiße Medium dieselbe stoffliche Zusammensetzung wie der Brüden. Bei dem erfindungsgemäßen Trennverfahrens werden die aufzutrennenden biogenen, halbsynthetischen und/oder synthetischen Stoffgemische und ihre festen, flüssigen und gasförmigen Inhaltsstoffe, vorzugsweise aus der Gruppe, bestehend aus

Abfallprodukten, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Gülle, Jauche, Fäkalien, Gärresten, Fermenten, Klärschlämmen, Wasser aus Nachklärbecken, Konzentraten der biologischen Reinigungsstufen und Rückständen von chemischen Wäschern, mikrobiologischen Reaktoren, gentechnologischen Anlagen, Filtern und Elektrofiltern und Rückständen aus der Abluftbehandlung und aus Klimaanlagen,

Aufschlämmungen und Kulturen von Mikroorganismen und Zellen sowie Aufschlämmungen von zerkleinerten Pilzen, Pflanzen, Pflanzenresten, toten Tieren und Tierresten, nativen Biopolymeren, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Proteinen und Peptiden, Nukleinsäuren, alpha-Polysacchariden, beta-Polysacchariden, Lipiden, Polyhydroxyalkanoaten, Cutin, Suberin, Polylactiden, Polyhydroxybutyraten, thermoplastische Stärken, Thermoplasten auf Ligninbasis und Epoxyacrylaten auf der Basis von natürlichen Ölen,

Wachsen, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Candelillawachs, Carnaubawachs, Japanwachs, Espartograswachs, Korkwachs, Guarumawachs, Reiskeimölwachs, Zuckerrohrwachs, Ouricury wachs, Montanwachs, absolute Blütenwachsen, Kuba-Palmenwachs, Baumwollwachs, Flachswachs, Torfwachs, Rosenwachs, Jasminwachs, Peethawachs, Myrtewachs, Wachsfeigenwachs, Walrat, Wollwachs, Schellack, Chinawachs, Bienenwachs, Bürzeldrüsenwachs, Ceresin, Ozokerit, Hartwachsen, Montanesterwachsen, Sasolwachsen, hydrierten Jojobawachsen, Wollwachsalkoholen (Eucerit) und modifizierte Bienenwachsen (Cerabellina)

Körperflüssigkeiten, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Blut, Lymphe, Speichel, Magensaft, Sekretion des Pankreas, Galle, Urin, Schweiß, Muttermilch, Vaginalsekret, Tränenflüssigkeit, Nasensekret, Ejakulat, Menstruationsflüssigkeit, Surfactant,, Wasser des Auges, Hirnwasser, Aszites, Pleuraflüssigkeit, Pericardflüssigkeit, Gelenksflüssigkeit, Fruchtwasser und Ohrenschmalz, - Feststoff-Flüssigkeit-Gas-Gemischen aus Erdölquellen, Erdgasquellen, Erzbergwerken, Kohlebergwerken und chemischen Reaktoren,

- anorganischen und organischen, niedermolekularen, oligomeren und hochmolekularen Feststoffen,

- anorganischen und organischen Lösemitteln,

- anorganischen und organischen Gasen und

- Lebensmitteln, Getränken und Lebensmittelvorprodukten ausgewählt, wie sie vorstehend aufgeführt sind.

Insbesondere wird bei dem erfindungsgemäßen Trennverfahren das zu trennende Stoffgemisch aus der Gruppe, bestehend aus Gülle, Jauche und Gärresten, ausgewählt, die

- als Feststoffanteile Pflanzenteile, Proteine und Peptide, Nukleinsäuren, alpha- Polysaccharide, beta-Polysaccharide, Lipide, Fermente, Enzyme, Mikroorganismen, Zucker, Zuckeralkohole, Zuckersäuren und Salze wie

Kaiiumnitrat, Nafriumnitrif, Caiciumhydrogenphosphat und Magnesiumsulfat gelöst oder dispergiert enthalten,

- als flüssige Anteile Wasser und nichtflüchtige organische Amine und

- als Gase Ammoniak und flüchtige primäre, sekundäre und tertiäre organische Amine enthalten.

Vorzugsweise sind bei dem erfindungsgemäßen Trennverfahren die

- Temperatur T1 = 30 °C bis 60 °C,

- die Temperatur T2 = 10 °C bis 40 °C, - die Temperatur T3 = 90 °C bis 110 °C und

- die Temperatur T4 = 80 °C bis 100 °C

- die Temperatur T5 = 70 °C bis 90 °C, und die Differenzen T3 - T4 und T4 - T5 betragen vorzugsweise jeweils 5 °C bis 15 °C, und vorzugsweise ist die Differenz T5 - Tn = (n x 5) °C bis (n x 15) °C.

Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Trennverfahren bei einem Druck von 0,5 bis 20 bar durchgeführt. Bei diesem Druckbereich sind noch keine aufwendigen Sicherheitsmaßnahmen zu treffen. Gegebenenfalls auftretender Überdruck kann durch an geeigneten Stellen angebrachten Überdruckventile abgelassen werden. Es empfiehlt sich daher generell, das erfindungsgemäße Trennverfahren in einem sehr gut klimatisierten und durchlüfteten Raum mit starken Absaugungen durchzuführen.

Vorzugsweise wird bei dem erfindungsgemäßen Trennverfahren das aufzutrennende, heiße Stoffgemisch im Trennverfahrensschritt (B) durch mechanische Einwirkung, Verwirbelung und/oder durch Schall aufgeschäumt.

Dabei ist es von Vorteil, einem stark schäumenden Stoffgemisch zur Änderung der Oberflächenspannung mindestens ein Entschäumer zur Unterdrückung einer zu intensiven Schaumbildung und einem nur schwach schäumenden Stoffgemisch zur Änderung der Oberflächenspannung mindestens ein Tensid zuzusetzen, um die Schaumbildung zu intensivieren.

Beispiele geeigneter Entschäumer, Antischaummittel oder Schauminhibitoren und ihre Wirkungsweise werden dem Lehrbuch von Johan Bieleman, Lackadditive, Wiley-VCH, 1998, 4.2 Entschäumung von wässrigen Anstrichstoffen, Seiten 101 bis 113, oder in Römpp Lexikon Lacke und Druckfarben, Georg Thieme Verlag, 1998, Seiten 39 und 40, „Antischaummittel“, beschrieben.

Beispiele geeigneter Tenside werden in Römpp Lexikon Lacke und Druckfarben, Georg Thieme Verlag, 1998, Seiten 557 und 558, „Tenside“, beschrieben.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Trennverfahrens wird dem abgetrennten, aufgeschäumten, flüssigen und gasförmigen Anteil zur besseren Verarbeitung im Trennverfahrensschritt (D) mindestens ein Entschäumer zur Erhöhung der Oberflächenspannung zugesetzt.

In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Trennverfahrens wird der besagte Anteil zur besseren Verarbeitung im

Trennverfahrensschritt (D) mittels eines Schallfelds, insbesondere eines, Ultraschallfelds, akustisch entschäumt.

Bei der besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen

Trennverfahrens wird dem Stoffgemisch in dem mindestens einen Verteilerraum des mindestens einen erfindungsgemäßen Umdampfers restliches Ammoniak und restliche organische Amine mit Schwefelsäure und/oder ortho-Phosphorsäure gebunden.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden die in den

Trennverfahrensschritten (D) und (E) abgetrennten organischen Feststoffanteile in mindestens einer Mühle mechanochemisch zu elementarem Kohlenstoff verarbeitet. Beispiele geeigneter mechanischer Mühlen sind Kugelmühlen, Hammermühlen, Pinned- Disk-Mühlen, Jet-Mühlen, Vibrationsmühlen, Schüttelmühlen, Horizontalmühlen, Attritoren und Planetenmühlen. Beispielsweise kann die in der deutschen Offenlegungsschrift DE 19504 540 A1, Figuren 1a bis 4b, beschriebene mechanische Mühle.

Alternativ können insbesondere die in den Trennschritten und (I) abgetrennten biogenen Feststoffanteile (D) durch technische Pyrolyse, hydrothermale Karbonisierung und vapothermale Karbonisierung in Biokohle, insbesondere Pflanzenkohle, umgewandelt werden.

Den aufzutrennenden Stoffgemischen und/oder ihren festen und flüssigen Inhaltsstoffen können Feststoffe zur Oberflächenvergrößerung und/oder Dekontamination zugesetzt werden. Beispiele geeigneter Feststoffe sind Aktivkohlen, Biokohlen, Kohlenstoffnanoröhrchen, Kohlenstoffnanofasern, natürliche, halbsynthetische und synthetische Fasern, Mikrocellulose, Nanocellulose, Hohlfasern, Aerogele, Schichtsilikate, Silikate, Sande und mesoporen Materialien.

Die erfindungsgemäße Trennvorrichtung und das erfindungsgemäße Trennverfahrens können erfindungsgemäß auf den verschiedensten technischen Gebieten verwendet werden, wie zum Beispiel in der Landwirtschaft, der Forstwirtschaft und dem Gartenbau, zur Trennung azeotroper Gemische, zur Trinkwassergewinnung und Trinkwasserentsalzung, zur Herstellung von ultrareinem Wasser, zur Meerwasserentsalzung, zum Entgipsen von Grundwasser, für Sulfattrennungen, zur Aufbereitung von Brackwasser, zur Dekontamination von Wasser durch Öle, Schwermetalle und persistente organische Schadstoffe, zur Dekontamination von Stoffgemischen mit Aktivkohle im Kreislaufverfahren, zur Abtrennung, Fraktionierung und Rückgewinnung von flüchtigen organischen Verbindungen und Dämpfen, als Alternative zur Destillation und Rektifikation, zur Abtrennung von kolloidalen Oxiden und Hydroxiden, Erzen, Kohlen, Mikropartikeln, Mikroorganismen, Trübstoffen, Sedimenten und Sanden, zur Metallrückgewinnung, zur Trennung von Öl-Wasser-Emulsionen, zur Entwässerung von Latices, zur Gewinnung von Chlor, zum Ernten von Zellen in der Biotechnologie, zur Abtrennung von Eiweißen, Enzymen und Antibiotika in der Biotechnologie, zur Produktion von Antibiotika, zur Trocknung und Bildung von Nanosphären, Mikrosphären und Micellen, als Ersatz von und zur Kombination mit Mikrofiltration, Ultrafiltration,

Nanofiltration und Umkehrosmose, Alternative zu oder Kombination mit

Sedimentationsbecken, zum Einengen bei großtechnischen Prozessen, zur Unterstützung von und zur Kombination mit dem Lösung-Diffusionsmodell oder dem hydrodynamischen Modell der Membrantrennung, zum Ersatz und zur Unterstützung der Pervaporation, als Ersatz und Alternative zu Dialysen allgemein, in der Humanmedizin und Tiermedizin, in künstlichen Lungen und zur Blutwäsche, zur Eindickung von Säften, zur Milchtrocknung, zur Zuckerraffination, zur Reinigung von Biervorstufen und Brauereiprodukten, zur

Auftrennung von Fett und Proteinanteilen bei der Erzeugung von

Nahrungsmittelzusatzstoffen und zur Herstellung von Dispersionen und Emulsionen, die die Ostwaldreifung verzögern oder verhindern.

Die großen Mengen an kondensiertem Brüden haben die Qualität von destilliertem Wasser und können daher beispielsweise hervorragend für Desinfizierung von Ställen und zu anderen Reinigungszwecken verwendet werden. Außerdem können die Feststoffe, die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren anfallen oder die verarbeitet werden sollen, mit dem destillierten Wasser gespült werden, um sie von Salzen zu befreien, wodurch die Salzfracht bei dem erfindungsgemäßen Verfahren signifikant erniedrigt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung können des Weiteren dazu dienen, das Ammoniak aus Ammoniakwäschern vom Waschwasser abzutrennen, zu reinigen und als konzentrierte Lösung zurück zu gewinnen. Die vorstehende Aufzählung ist nicht abschließend, sondern nur beispielhaft und soll die Anwendungsbreite der erfindungsgemäßen Verwendung verdeutlichen.

Im Folgenden werden der erfindungsgemäße Gasabtrennenzylinder, der erfindungsgemäße Umdampfer, die erfindungsgemäße Trennvorrichtung und das erfindungsgemäße Trennverfahren anhand der Figuren 1 bis 3 näher erläutert. Die Figuren 1 bis 3 dienen der Veranschaulichung des Prinzips der Erfindung und sind daher nicht maßstabsgetreu. Es zeigen

Figur 1 ein Fließschema des Ablaufs des erfindungsgemäßen Trennverfahrens,

Figur 2 die erfindungsgemäße Trennvorrichtung mit dem Fliehkraftabscheider 9, dem erfindungsgemäßen Gasabtrennenzylinder 18 und dem erfindungsgemäßen Umdampfer 32 und

In den Figuren 1 bis 3 haben die Bezugszeichen die folgende Bedeutung:

Abgas Nicht kondensierte gasförmige Anteile

AGR Abgasreinigung

Dampf Heißes gasförmiges Medium, Heizdampf

DER Umdampfer mit Energierückführung, Destillator mit Energierückführung

FAB Feststoffaufbereitung

Feststoff In den Fliehkraftabscheidern 9 und 23 abgetrennte feste Anteile Flüssigdünger In den Fliehkraftabscheidern 9 und 21 abgetrennte flüssige Anteile Gülle/Gärrest Stoffgemisch SG1 SG1 - SG8 Stoffgemische SGTW Trennvorrichtung zur Trennung biogener, halbsynthetischer und/oder synthetische Stoffgemische SG1 unter Wärmerückgewinnung

TGT Thermischer Gärrestetrenner, Hydrozyklon 9

TNH Thermischer Ammoniakabtrenner, Gasabtrennenzylinder 18

Wasser Kondensat des Brüden 36a

1 Fördervorrichtung, Förderpumpe

2 Heißer Strom des Stoffgemischs SG2

3 Eingangswärmetauscher

4 Heißes Kondensat des Brüden 36a 5 Kondensat

5a Ablauf für das Kondensat 5

6 Fördervorrichtung, Ejektor

7 Vorrichtung zum Austragen des im Fliehkraftabscheider 9 und 21 abgetrennten Feststoffantei Is »Feststoff«, Schleuse, Auslassventil

7a Durchflussregelventil

8 Zuleitung des heißen Mediums »Dampf«

9 Fliehkraftabscheider

10 Erster Wärmetauscher

11 Zweiter Wärmetauscher

11a Sammelkammer

12 Auslauf

13 Wendekammer

14 Abgasauslass

15 Auslass

16 Fördervorrichtung, Förderpumpe

17 Leitung, Rohrleitung

17a Einlass für den Strom SG3; SG4

17b Dampfleitung

18 Gasabtrennenzylinder

18a Flüssigkeitsauffangbehälter des Gasabtrennenzylinders

19 Sammelraum des Umdampfers 32

20 Auslass für flüssige Anteile „Flüssigdünger“

21 Fliehkraftabscheider, Hydrozyklon

22 Fördervorrichtung, Förderpumpe

23 Auslass für das Stoffgemisch SG8

24 Außenbehälter

25 Verdampferraum

26 Brüdenaustrittsstutzen

26a Brüdenauslass aus dem Verdampferraum 25

27 Brüdenverdichter

28 Brüdenauslass

28a Zuführung von Heizwasser/Dampf aus dem Heizwasser/Dampf-Generator oder

29 Brüdenrohr zur Ausleitung des Brüden 36a

29a Rohr zur Ausleitung und Rückleitung von heißen Wasser/Dampf-Gemisch zum Dampfgenerator 30 Förderervorrichtung, Ejektor

31 Brüdenübergang im Bereich des Rohrbündelwärmetauschers 35

32 Vertikaler Umdampfer

32a Verteilerraum

32b Zweiter vertikaler Umdampfer der Kaskade

32c Dritter vertikaler Umdampfer der Kaskade 32d Vierter vertikaler Umdampfer der Kaskade

32ba -

32da Verteilerräume für die vereinigten Stoffgemische SG3; SG4

33 Blindrohr

34 Tropfenabprallblech

35 Rohrbündelwärmetauscher

35a Wärmetauscherrohr

35b Austrittsöffnung

36 Brüdenzentralrohr

36a Brüden

32b Zweiter baugleicher Umdampfers

37 - entfällt -

38 Zentrifugalabscheider als Tropfenabscheider

39 - entfällt -

40 Zentrale Versorgung mit heißem Medium, zentrale Dampfversorgung »Dampf«

41 Zentrale Zufuhr vom Stoffgemisch SG1 »Gärrest«

42 Zentraler Ausgang für das Kondensat »Wasser«

43 Eingang oder Primärseite des Wärmetauschers für Endverbraucher 44

44 Kondensatauslass

45 Wärmetauscher für Endverbraucher

46 Unterer Abscheidering

46a Umlaufende innere Kammer

46b Vertikal angeordneter umlaufender Siebring

47 Oberer Abscheidering

47a Innere Kammer

47b Umlaufender Siebring

48 Standfuß

49 Heizwasser/Dampf-Generator

50 Sammelleitung für Wasser Beispiele für Strömungsrichtungen der Stoffgemische SG und des Brüden 36a

99 °C Temperatur des heißen Mediums Wasser 92 °C Temperatur des aus dem Brüdenrohr 29 zurückgeleiteten Wassers 87 °C Temperatur des Brüden 36a aus dem Umdampfer 32 80 °C Temperatur des Brüden 36a aus dem Umdampfer 32b 73 °C Temperatur des Brüden 36a aus dem Umdampfer 32c 66 °C Temperatur des Brüden 36a aus dem Umdampfer 32d

Ausführliche Beschreibung der Figuren 1 bis 3 Figur 1 Die Figur 1 zeigt das Fließschema des Ablaufs des erfindungsgemäßen Trennverfahrens.

100 % Ammoniak und Amine enthaltende wässrige Gärreste aus einer Biogasanlage wurden in einem thermischen Gärrestetrenner TGT in 3 % Feststoff, die einer Feststoffaufbereitung FAB zugeführt wurden, und in einen Ammoniak und Amine enthaltenden flüssigen Anteil getrennt. Der flüssige Anteil wurde in einen thermischen Ammoniakabtrenner TNH geleitet, worin 2% Stickstoffverbindungen abgetrennt wurden. Die dabei entstandenen Abgase wurden zusammen mit den Abgasen aus der Feststoffaufbereitung einer Abgasreinigung zugeführt und 1% gereinigtes Abgas wurden in die Atmosphäre abgelassen. Der von den Stickstoffverbindungen befreite flüssige Anteil wurde in einen Destillator mit Energierückführung DER oder Umdampfer 32 geführt, dem 5 % Konzentrat entnommen wurden. Nicht zuletzt resultierten 89% Wasser mit der Qualität von destilliertem Wasser, das hervorragend zu Desinfektions-, Entsalzungs- und anderen Reinigungszwecken verwendet werden konnte. Figur 2

Die kontniuierliche Auftrennung von Gülle in ihre festen, flüssigen und gasförmigen Anteile in einer erfindungsgemäßen Trennvorrichtung (erfindungsgemäßes

Trennverfahren)

Die erfindungsgemäße Trennvorrichtung wies eine Verarbeitungskapazität von 1 m ³ Gülle/Stunde auf. Sie war in einem begehbaren Standardcontainer untergebracht, der mit einer starken Belüftung, einer Klimaanlage, einer Sprühanlage für Wasser und einem Auslass zu einem Sammelbehälter für Abwasser ausgerüstet war. Außerdem waren in dem Container Sensoren angebracht, um bei dem Austritt giftiger Gase einen Alarm auszulösen. Der Container wies des Weiteren an einer Querseite eine Eingangstür in einen Raum für die Steuerzentrale auf, von der aus die erfindungsgemäße Trennvorrichtung elektronisch gesteuert wurde. Die Steuerzentrale war von der erfindungsgemäßen Trennvorrichtung durch eine Wand mit einer gasdichten Tür mit Sichtfenster getrennt. Außerdem konnte die erfindungsgemäße Vorrichtung noch optisch durch Webcams überwacht werden.

Alle Bauteile, die mit den korrosiven Inhaltsstoffen der Gülle, heißem Dampf (Dampf) und heißem Brüden 36a in Berührung kamen, waren aus V4A-Stahl gefertigt. Die Säurecontainer für die in den Verteilerraum 32a des vertikalen Umdampfers 32 dosierte Schwefelsäure und/oder Phosphorsäure bestanden aus Polypropylen.

Alle Komponenten der erfindungsgemäßen Trennvorrichtung waren auf Standfüßen 48 aufgebracht, die Erschütterungen und Vibrationen dämpften.

Die erfindungsgemäße Trennvorrichtung SGTW zur kontinuierlichen Trennung von Gülle SG1 in ihre festen, flüssigen und gasförmigen Anteile unter Wärmerückgewinnung umfasste - dem Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens folgend -

(A) eine Förderpumpe 1 zum Fördern eines Güllestroms SG1 durch einen Eingangswärmetauscher 3 zum Aufheizen des Güllestroms SG1 zur Bildung eines heißen Güllestromstroms 2; SG2 durch das heiße Kondensat 4 des Brüden 36a, aus dem erfindungsgemäßen Umdampfer 32. Der Wärmetauscher 3 wies einen Ablauf 5a für das abgekühlte Kondensat 5 des Brüden 36a und einen Auslass „Abgas“ für Dämpfe des Kondensats 5 des Brüden 36a auf. Des Weiteren wies die erfindungsgemäße Trennvorrichtung SGTW

(B) eine Rohrleitung zur Förderung des mindestens einen heißen Güllestroms SG2; 2 von dem Wärmetauscher 3 in einen Hydrozyklon 9, der Firma Belki, Dänemark, mittels eines mit Heißdampf „Dampf“ betriebenen Ejektors 6 zum Aufschäumen des flüssigen oder flüssigen und gasförmigen Anteils des heißen Güllestroms SG2; 2 durch die Änderung der Oberflächenspannung beim Eintritt und im Inneren des Hydrozyklons 9 zur Erzeugung eines Dichteunterschieds zwischen dem flüssigen Anteil und dem festen Anteil des heißen Güllestroms SG2; 2, sodass die Dichte des festen Anteils > die Dichte des flüssigen und gasförmigen Anteils wurde.

Dem Hydrozyklon 9 war

(C) eine Schleuse 7 zum Austragen des abgetrennten Feststoffanteils „Feststoff“ zugeordnet.

Von dem Hydrozyklon 9 verlief

(D) eine Rohrleitung zur Förderung des abgetrennten, aufgeschäumten, flüssigen und gasförmigen Anteils SG3 der Gülle in den Flüssigkeitsauffangbehälter 18a des erfindungsgemäßen vertikalen Gasabtrennenzylinders 18 mit kreisförmigem Querschnitt.

Der erfindungsgemäße Gasabtrennenzylinder 18 umfasste

(d1) einen oberhalb des Flüssigkeitsauffangbehälters 18a fluchtend zu dem Gasabtrennenzylinder 18 angeordneten ersten Wärmetauscher 10 mit einer Betriebstemperatur von 45 °C zum Auskondensieren und zur Rückführung von kondensiertem flüssigem Anteil SG4, in dem eine geringe Menge von gasförmigem Anteil gelöst war, in den Flüssigkeitsauffangbehälter 18a.

Oberhalb des ersten Wärmetauschers 10 war (d2) eine fluchtend angeordnete Wendekammer 13 zur Umlenkung des verbliebenden gasförmigen Anteils mit geringen Mengen an verbliebendem flüssigem Anteil SG5 zum Eintritt in den zweiten, fluchtend angeordneten Wärmetauscher 11 einer Betriebstemperatur von 20 °C zum Auskondensieren einer 20-prozentigen Lösung SG6 des gasförmigen Anteils in dem flüssigen Anteil und zum Sammeln von SG6 in einer unterhalb des zweiten Wärmetauschers 11 angeordneten Sammelkammer 11a zur Verhinderung des Rücklaufs und zur Ausleitung von SG6 durch mindestens eine Auslaufvorrichtung 12.

Am oberen Ende des Gasabtrennenzylinders 18 war

(d3) ein Abgasauslass 14 zur Ableitung der nicht kondensierten restlichen Gase angeordnet.

Die erfindungsgemäße Trennvorrichtung wies außerdem

(E) eine Rohrleitung 17 zum Befördern des in dem Flüssigkeitsauffangbehälter 18a befindlichen vereinigten Stoffgemischs SG3; SG4 in einen am unteren Ende des vertikalen erfindungsgemäßen Umdampfers 32 mit kreisförmigem Querschnitt angeordneten Verteilerraum 32a auf.

Der erfindungsgemäße Umdampfer 32 umfasste des Weiteren

(e1) eine Vorrichtung zur Dosierung (nicht wiedergegeben) von Schwefelsäure in den Verteilerraum 32a zur Salzbildung mit den in dem vereinigten Stoffgemisch SG3; SG4 verbliebenen gasförmigen organischen Aminen und Ammoniak auf. Dadurch resultierte ein von gasförmigen Anteilen befreites Stoffgemisch SG7,

(e2) einen Rohrbündelwärmetauscher 35 mit konzentrisch angeordneten Wärmetauscherrohren 35a zum Erhitzen des vertikal nach oben strömenden Stoffgemischs SG7, wobei 35 mit über mindestens ein Brüdenzentralrohr 36 zurückgeleitetem heißem Brüden 36a betreibbar war,

(e3) ein das eine Brüdenzentralrohr 36 konzentrisch umgebendes Brüdenrohr 29 zur Ausleitung des Brüden 36a aus dem erfindungsgemäßen Umdampfer 32 durch einen Brüdenauslass 28 zu dem Eingangswärmetauscher 3 zum Erwärmen des Güllestroms SG1, (e4) Austrittsöffnungen 35b am oberen Ende des Rohrbündelwärmetauschers 35 zum Ausleiten des erhitzten flüssigen Stoffgemischs SG7 in einen Verdampferraum 25 eines den Rohrbündelwärmetauscher 35 konzentrisch umhüllenden Außenbehälters 24 zur Abtrennung des Brüden 36a und Sammeln des resultierenden flüssigen Stoffgemischs SG8 in dem Sammelraum 19,

(e5) ein oberhalb der Austrittsöffnungen 35b und des mindestens einen

Verdampferraums 25 angeordnetes Tropfenabprallblech 34 in der Form einer sich nach unten öffnenden Mantelfläche eines flachen Kegelstumpfs; an der oberen kreisförmigen Kante des Rohrbündelwärmetauschers 35 war noch ein umlaufendes, sich schräg nach unten öffnendes Abtropfblech angebracht; dabei wiesen das Tropfenabprallblech 34, das Abtropfblech und der Bereich der Austrittsöffnungen 35b des Rohrbündelwärmetauscher 35 eine superhydrophobe Oberflächenbeschichtung aus Zinkoxid/Polystyrol-Nanocompositen auf,

(e6) einen Brüdenaustrittsstutzen 26, der um das Brüdenrohr 36b ringförmig angeordnet war, zum Ausleiten des Brüden 36a aus dem Verdampferraum 25 in den unteren Abscheidering 46 des als Zentrifugalabscheider wirkenden

Tropfenabscheiders 38; der untere Abscheidering 46 umfasste des Weiteren - von innen nach außen gesehen - eine umlaufende innere Kammer 46a, einen vertikal angeordneten umlaufenden Siebring 46b zum Auffangen noch vorhandener Tropfen und Feststoffteilchen und zum Durchtritt des Brüden 36a in und durch die umlaufende äußere Kammer 47c und durch den umlaufenden Siebring 47b in die innere Kammer 47a des mindestens einen oberen Abscheiderings 47; der obere Abscheidering 47 umfasste außerdem einen Brüdenauslass 47d für die Zuleitung eines Teils des gereinigten Brüden 36a zu einem Ejektor als Brüdenverdichter 27 zum Verdichten des gereinigten Brüden 36a und zur Verdichtung und zur Rückführung des gereinigten Brüden 36a in die saubere Primärseite des Umdampfers 32 als Antriebsenergie sowie

(e7) einen Auslass 23 am unteren Ende des Sammelraums 19 für das Stoffgemisch SG8 und mindestens eine Förderpumpe 22 zur Förderung des Stoffgemischs SG8 in einen Hydrozyklon 21 der Firma Belki, Dänemark, zur Auftrennung und Ausleitung des flüssigen Anteils „Flüssigdünger“ und des festen Anteils „Feststoff“. Das erfindungsgemäße Trennverfahren für Gülle umfasste demnach die folgenden

Verfahrensschritte:

(A) Fördern des Güllestroms SG1 mit einer Förderpumpe 1 durch den Eingangswärmetauscher 3, Aufheizen des Güllestroms SG1 und Bilden eines heißen Güllestroms SG2; 2 durch das heiße Kondensat 4 des Brüden 36a, wobei der Eingangswärmetauscher 3 einen Ablauf 5 für das abgekühlte Kondensat 5 und einen Auslass „Abgas“ für Dämpfe des Kondensats 5 des Brüden 36a aufweist,

(B) Fördern des heißen Güllestroms SG2; 2 von dem Eingangswärmetauscher 3 in den Hydrozyklon 9 über mindestens eine Rohrleitung mittels eines mit heißem Dampf „Dampf“ betriebenen Ejektors 6 und Aufschäumen des flüssigen und gasförmigen Anteils des mindestens einen heißen Güllestroms SG2; 2 durch die gezielte Änderung der Oberflächenspannung beim Eintritt und im Inneren des Hydrozyklons 9 und Erzeugen eines Dichteunterschieds zwischen dem flüssigen und gasförmigen Anteil und dem festen Anteil des heißen Güllestroms SG2; 2, sodass die Dichte des festen Anteils > die Dichte des flüssigen und gasförmigen Anteils wurde,

(C) Austragen des in dem Hydrozyklon 9 Feststoffe „Feststoff“ mit einer Schleuse 7 und

(D) Förderung und gegebenenfalls Entschäumen des abgetrennten, aufgeschäumten, flüssigen und gasförmigen Anteils SG3 der Gülle durch eine Rohrleitung in den Flüssigkeitsauffangbehälter 18a des erfindungsgemäßen Gasabtrennenzylinders 18 mit kreisförmigem Querschnitt,

Das erfindungsgemäße Trennverfahren in dem Gasabtrennenzylinder 18 umfasste ferner:

(d1) Auskondensieren des flüssigen Anteils SG4, in dem eine geringe Menge von Ammoniak und flüchtigen organischen Aminen gelöst war, in den oberhalb des Flüssigkeitsauffangbehälters 18a fluchtend zu dem Gasabtrennenzylinder 18 angeordneten ersten Wärmetauscher 10 mit einer Betriebstemperatur von 45 °C und Rückführen von SG4 in den Flüssigkeitsauffangbehälter 18a, (d2) Umlenken der resultierenden aufsteigenden Lösung SG5 von Ammoniak und flüchtigen organischen Aminen in dem flüssigen Anteil in die oberhalb des ersten Wärmetauschers 10 fluchtend angeordnete Wendekammer 13, Eintreten des verbliebenen Anteils an Ammoniak und flüchtigen organischen Aminen in geringen Mengen an verbliebener flüssiger Lösung SG5 in den zweiten, fluchtend angeordneten Wärmetauscher 11 einer Betriebstemperatur von 20 °C und Sammeln der resultierenden konzentrierten Lösung SG6 der verbliebenen flüchtigen Amine und des Ammoniaks in der unterhalb des zweiten Wärmetauschers 11 angeordneten Sammelkammer 11a zur Verhinderung des Rücklaufs von SG6 in 10 und zur Ausleitung von SG6 durch die Auslaufvorrichtung 12 sowie

(d3) Ableiten der nicht kondensierten restlichen Gase aus dem am oberen Ende des erfindungsgemäßen Gasabtrennenzylinders 18 angeordneten Abgasauslass 14.

Das erfindungsgemäße Trennverfahren findet seine Fortsetzung in dem erfindungsgemäßen vertikalen Umdampfer 32 und umfasst die folgenden

Verfahrensschritte:

(E) Befördern des in dem einen Flüssigkeitsauffangbehälter 18a befindlichen vereinigten Stoffgemischs SG3; SG4 über eine Rohrleitung 17 in dem am unteren Ende des erfindungsgemäßen vertikalen Umdampfers 32 mit kreisförmigem Querschnitt angeordneten Verteilerraum 32a, gefolgt von

(e1) Dosieren von Schwefelsäure in den Verteilerraum 32a zur Bindung der verbliebenen Anteile an Ammoniak und flüchtigen Aminen in den vereinigten Stoffgemisch SG3; SG4 als Sulfate und Bilden eines von gasförmigen Anteilen befreiten Stoffgemischs SG7,

(e2) Erhitzen des vertikal nach oben strömenden Stoffgemischs SG7 in den

Rohrbündelwärmetauscher 35 mit konzentrisch angeordneten Wärmetauscherrohren 35a, wobei 35 mit über das Brüdenzentralrohr 36 zurückgeleitetem heißem Brüden 36a betrieben wurde,

(e3) Erwärmen der Gülle SG1 mit dem Brüden 36a, der über das das

Brüdenzentralrohr 36 konzentrisch umgebende Brüdenrohr 29 aus dem erfindungsgemäßen Umdampfer 32 durch den Brüdenauslass 28 ausgeleitet und zur Primärseite des Eingangswärmetauschers 3 transportiert wurde,

(e4) Ausleiten des erhitzten flüssigen Stoffgemischs SG7 aus den Austrittsöffnungen 35b am oberen Ende des Rohrbündelwärmetauschers 35 in den Verdampferraum 25 des den Rohrbündelwärmetauscher 35 konzentrisch umhüllenden Außenbehälters 24 und Abtrennen des Brüden 36a und Sammeln des resultierenden flüssigen Stoffgemischs SG8 in dem Sammelraum 19,

(e5) Sammeln von spritzenden Schäumen und Tropfen mit dem oberhalb der Austrittsöffnungen 35b und dem Verdampferraum 25 angeordneten

Tropfenabprallblech 34 mit superhydrophober Oberfläche in der Form einer sich nach unten öffnenden Mantelfläche eines flachen Kegelstumpfs im Sammelraum 19, was noch durch das Abtropfblech mit superhydrophober Oberfläche beschleunigt wurde,

(e6) Ausleiten des Brüden 36a aus dem Verdampferraum 25 in den unteren Abscheidering 46 des als Zentrifugalabscheider wirkenden Tropfenabscheiders 38 über den Brüdenaustrittsstutzen 26, der um das Brüdenrohr 36b ringförmig angeordnet war, wobei der Brüden 36a in dem unteren Abscheidering 46 - von innen nach außen gesehen - in die umlaufende innere Kammer 46, durch den vertikal angeordneten umlaufenden Siebring 46b zum Auffangen noch vorhandener Tropfen und Feststoffteilchen und in die mindestens eine umlaufende äußere Kammer 47c eintrat und diese durchlief und durch den umlaufenden Siebring 47b in die umlaufende innere Kammer 47a des oberen Abscheiderings 47 eintrat, wo der gereinigte Brüden 36a durch den Brüdenauslass 47d teilweise zu dem Brüdenverdichter 27 zum Verdichten des gereinigten Brüden 36a und zur Verdichtung und zur Rückführung des gereinigten Brüden 36a in die saubere Primärseite des erfindungsgemäßen Umdampfers 32 als Antriebsenergie geleitet wurde, sowie

(e7) Ausleiten des Stoffgemischs SG8 durch den Auslass 23 am unteren Ende des Sammelraums 19 und Fördern von SG8 mit der Förderpumpe 22 in den Hydrozyklon 21 und Auftrennen und Ausleiten des separierten flüssigen Anteils „Flüssigdünger“ und des separierten des festen Anteils „Feststoff“. Die abgetrennten Feststoffe, bei denen es sich vor allem um an Pflanzenreste handelte, konnten beispielsweise durch eine mechanische Mühle, insbesondere eine Kugelmühle, zu Aktivkohle verarbeitet werden. Außerdem konnten sie durch technische Pyrolyse, hydrothermale Karbonisierung und vapothermale Karbonisierung in Pflanzenkohle umgewandelt werden.

Figur 3

Kaskade aus vier baugleichen erfindungsgemäßen Umdampfern für die Trennung des flüssigen und des festen Anteils der Gülle

Die Kaskade umfasste vier baugleiche erfindungsgemäße Umdampfer 32, 32b, 32c und 32d. Die vier Umdampfer wiesen den gleichen Aufbau wie der Umdampfer 32 der Figur 2 auf nur, dass sie keinen oberen und unteren Abscheidering 46; 47 aufwiesen, sodass der Brüden 36a direkt dem jeweiligen Verdampferraum 25 über den Brüdenauslass 26a entnommen wurde. Dem erfindungsgemäßen Umdampfer 32 wurde über einen Brüdenauslass 26a Brüden 36a eine Temperatur von 87 °C entnommen und mit einem Ejektor 30 in die Primärseite des Umdampfers 32b eingespeist. Dem Umdampfer 32c wurde ebenfalls aus dem Verdampferraum 25 über einen Brüdenauslass 26a ein Brüden 36a eine Temperatur von 80 °C entnommen und mit einem Ejektor 30 in die Primärseite des Umdampfers 32c eingespeist. Diesem wurde wiederum aus dem Verdampferraum 25 Brüden 36a einer Temperatur von 73 °C entnommen und mit einem Ejektor 30 in die Primärseite des Umdampfers 32d eingespeist. Der dem Brüdenauslass 26a dem Verdampferraum 25 entnommene Brüden 36a einer Temperatur von 66 °C wurde in die Primärseite eines Wärmetauschers 45 eines Endverbrauchers eingespeist. Der Wärmetauscher 45 wies einen Kondensatauslass 44, aus dem kondensierter Brüden 36a in die Sammelleitung 50 eingeleitet wurde.

Dem Wärmetauscher 45 konnte Wärmeenergie „Wärme“ entzogen und zum Heizen oder zur Produktion von Elektrizität verwendet werden.

Die Ejektoren 30 wurden mit Dampf aus einer zentralen Dampfleitung 17b betrieben.

Den Verteilerräumen 32a, 32ba, 32ca und 32da der Umdampfer der Kaskade wurde über Rohrleitungen 17 und Einlässe 17a das Stoffgemisch SG3; SG4 „Gärrest“ aus dem Flüssigkeitsauffangbehälter 18a eines erfindungsgemäßen Gasabtrennenzylinders 18 (vgl. Figur 2) zugeführt. Das Ammoniak und die flüchtigen Amine in den jeweiligen Stoffgemischen SG3; SG4 in den Verteilerräumen wurden mit Schwefelsäure als Salze gebunden. Die resultierenden, von Gasen befreiten Stoffgemische SG7 strömten durch die Rohrbündelwärmetauscher 35 in die Verdampferräume 25, worin Tropfen, Spritzer und Schäume der resultierenden Stoffgemische SG8 durch die Tropfenabprallbleche 34 zurückgeworfen wurden. Die Stoffgemische SG8 wurden in den Sammelräumen 19 der Außenbehälter 24 gesammelt und über die Auslässe 23 mithilfe der Förderpumpen 22 zu den Hydrozyklonen 21 gepumpt, worin die aufgeschäumten flüssigen Anteile der Stoffgemische SG8 von den festen Anteilen „Feststoff getrennt wurden. Die abgetrennten flüssigen Anteile der Stoffgemische SG8 wurden als „Flüssigdünger“ ausgetragen. Die festen Anteile „Feststoff“ wurden über Auslassventile 7 ausgetragen.

Die Stoffströme in der Kaskade wurden mithilfe von elektronisch gesteuerten Durchflussregelventilen 7a geregelt.

Das in der Sammelleitung 50 gesammelte Wasser wurde dem zentralen Ausgang 42 für das Kondensat „Wasser“ entnommen und hatte die Qualität von destilliertem Wasser.

Die Kaskade konnte mit einem besonderes niedrigen Energieaufwand betrieben werden und wies eine besonders hohe Trennwirkung auf.