DE112005001722T5 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Dünger aus Gülle und Dung - Google Patents

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Christianne Priddis Carin
Brian N. Priddis Gorbell
Alvin W. Calgary Fedkenheuer
John S. Tisdale Jonasson
Alexander Calgary Starosud
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EARTH RENEW ORGANICS Ltd
Earth-Renew Organics Ltd Calgary
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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Düngemittelproduktes aus einem Dung-Ausgangsmaterial, umfassend:
Betreiben eines Gasturbinengenerators zur Strom- und Abgaserzeugung;
Zusammenbringen der Abgase mit dem Dung-Ausgangsmaterial, das einen Feuchtigkeitsgehalt von mindestens etwa 30 Gewichtsprozent aufweist, in einem Trockenbehälter für eine hinreichende Kontaktzeit, dass ohne signifikante Oxidation des Dung-Ausgangsmaterials ein getrocknetes Düngemittelmaterial hergestellt wird, das einen Feuchtigkeitsgehalt von weniger als etwa 20 Gewichtsprozent aufweist; und
Verarbeiten und Formen des Düngemittelmaterials zu einer Granulat-, Pellet- oder Prillgranalienform des Düngemittelproduktes, das sich für herkömmliche Trockendüngemittelanwendung in einem Ackerbaubetrieb eignet.

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung betrifft Verfahren und Ausrüstung zum ökonomischen Umwandeln von Dung und Abwasser in neue Düngemittelprodukte (vorzugsweise biozertifizierte Düngemittel) und Bodenaufbauprodukte, mit einem hohen Gehalt an organischer Substanz (vorzugsweise biozertifiziert) für die kommerzielle Landwirtschaft, und für Verwendungen bei Rasen und Garten daheim und bei Sanierungsverwendungen.
  • STAND DER TECHNIK
  • Die Anzahl und Größe von Massentierhaltungsbetrieben und anderen Landwirtschaftsbetrieben, die Rindfleisch, Schweinefleisch, Geflügel, Elch und andere Wildtiere, Ziege, Lamm, Fisch, Milch, Käse, Eier und sonstige, aus Tieren erzeugte Nahrungsmittel produzieren, steigt stetig immer weiter. Gleiches gilt für andere Tierhaltungsbetriebe für Schaf, Nerz, Alpaka, und andere Tiere zur Produktion von Wolle, Pelzen und anderen Faserprodukten. Der hauptsächliche Vorteil der Haltung und Haltung größerer Zahlen von Tieren an einer einzelnen Stelle ist, dass zusammengelegte Betriebe eine Wirtschaftlichkeit durch Massenproduktion ergeben, die die Einheitsprodukt-Betriebskosten senkt und den Profit steigert. Da die Zahl und die Größe beschränkter Massentierhaltungsbetriebe über die Jahre gewachsen ist, hat sich die Technologieentwicklung zur Behandlung von Dung aus diesen Betrieben nicht geändert. Der Großteil des Dungs wird in Schlammklärteichen oder Haufen angesammelt, wo er sich zersetzt, dann wird er zu Stellen abseits dieser Betriebe transportiert und mit wenig oder ohne Behandlung auf Land aufgebracht, auf dem Ackerbau betrieben wird. Folglich bestehen Umwelt- und Gesundheits-Interessen bezüglich der direkten Aufbringung von rohem oder geringfügig behandeltem Dung auf den Boden, wie u. a. der Regenwasserabfluss von Umweltschmutz in Oberflächen- und Grundwässer und Emissionen von Treibhausgasen in die Atmosphäre aufgrund von Biokonversion oder Zersetzung. Die Entsorgung von Dung ist ein signifikantes Umweltproblem.
  • Die Hühnerei-Produktion ist in den letzten Jahren enorm angestiegen. Es gibt viele Eierproduktionsbetriebe, die mindestens eine Million Legehühner enthalten, da die Produzenten einsahen, dass die Eierproduktion und die Verarbeitungsbetriebe sich vergrößern und eher in Massenproduktion arbeiten müssen, damit die ökonomische Leistung in einem Konkurrenzgeschäftsfeld verbessert wird. Diese hauptsächlichen Produktionsstätten entsorgen ihren Dung durch Kompostieren, jedoch kommt es zu erheblichen Umweltproblemen, die durch dieses Dungentsorgungsverfahren verursacht werden.
  • Tierdung aus Milch-, Weide- und Schweinebetrieben hat gewöhnlich einen Feuchtigkeitsgehalt von mehr als 70 Gewichtsprozent, so dass sich dieser Dung ökonomisch schwer handhaben und entsorgen lässt. Die Entfernung der Feuchtigkeit zur Volumenreduktion zur Ermöglichung einer Entsorgung auf Deponien ist teuer und für die Umwelt nicht gewünscht. Der Transport zu Hofstellen zur direkten Entsorgung und zur Verwendung auf Ackerland ist ebenfalls teuer und aufgrund der beim Aufbringen freigesetzten schädlichen Gerüche sowie aufgrund der Anwesenheit von Verunreinigungen, Pathogenen und Unkrautsamen im Dung für die Umwelt nicht gewünscht.
  • Biokonversion, die gewöhnlich zur Behandlung von kommunalem Abwasser und Viehabfall verwendet wird, betrifft die Umwandlung oder Zersetzung organischer Materialien (wie organischem Abfall) in nützliche Produkte (wie Nutzfutter oder Kraftstoff) durch bakterielle Zersetzung dieser organischen Substanz. Die Biokonversion umfasst anaerobe und aerobe Faulung. Die Betreiber großer Tierhaltungsbetriebe haben Schlammklärteiche und Stauweiher zum Halten des Dungs konstruiert, und ermöglichen die Biokonversionsfaulung von Abfallmaterial vor dem Aufbringen auf das Land. Diese Schlammklärteiche verursachen jedoch eine schwerwiegende Grund- und Oberflächenwasserverschmutzung. Sie brauchen auch große Landflächen und sie haben keine Kontrolle von Emissionen oder schädlichen Gerüchen und Treibhaus- oder Schmutzgasen in die Atmosphäre. Biogas-Betriebe sammeln zwar Gase aus den Schlammklärteichen als Kraftstoff für die Stromerzeugung, solche Betriebe sammeln aber nur einen Teil der Gase, sie produzieren ineffizient kleine Mengen Strom, und sie halten zudem den Schlamm aus den Klärteichen zurück, der noch entsorgt werden muss.
  • Beispiele des Standes der Technik und Veröffentlichungen, die die obigen Probleme durch Faulung, Verbrennung, Volumenverringerung und/oder Zersetzung zu lösen versuchen, sind u. a. die U.S.-Patente 5,535,528 von Finham, 5,685,153 von Dickenson et al.; 6,039,774 von McMullen et al.; 6,125,633 und 6,173,508 von Strohmeyer; 6,171,499 von Bouchalat; 6,524,632 von Kartchner; 6,613,562 von Dvork; 6,682,578 von Sower und die U.S.-Patentanmeldung 2004/0025715 von Bonde et al.
  • Ein weiteres Problem bei Tierhaltungsbetrieben und bei der Abwasserbehandlung ist Luftverschmutzung, einschließlich Treibhausgasemissionen, einschließlich Methan und CO2, sowie Gase mit schädlichen Gerüchen. Die sich immer stärker ausdehnenden Wohngebiete dringen inzwischen auf Land in Nachbarschaft zu Tierhaltungsbetrieben ein, und Beschwerden der Bewohner im Hinblick auf schädliche Gerüche eskalieren. Zusätzlich zu den Gerüchen und den luftverschmutzenden Treibhausgasen, die aus dem Dung und bei der Biokonversion des Dungs entstehen, werden signifikante Mengen der schädlichen und Treibhausgase direkt von den Tieren durch Blähungen, Rülpser und Regurgitation produziert. Neben der nötigen Bekämpfung der schädlichen und der Treibhausgase, die direkt aus dem Dung (Urin und Fäkalien) oder durch Zersetzung des Dungs entstehen, muss man die gefährlichen und Treibhaus-Gasemissionen aus den Tieren selbst eindämmen und verhindern, dass diese in die Atmosphäre gelangen.
  • Es wird auch mehr Wert auf Produktion von Feldfrüchten durch die Verwendung von biozertifizierten Feldfruchtproduktionsverfahren und Materialien gelegt. Die Regierungen von Kanada, Australien, den Vereinigten Staaten, der Europäischen Union und von anderen Ländern haben Standards für die Qualifizierung von Nahrungsprodukten als "biologisch" oder "biologisch produziert" entwickelt und es gibt mehrere bekannte Zertifikationsorganisationen und Regierungsstellen, die Bauernhöfe und Marktprodukte unter den geeigneten Standards als "biologisch" einstufen. Somit hat sich die Bezeichnung "biozertifiziert" und die Terminologie entwickelt, und diese stehen für Produkte oder Erzeugnisse, die den Zertifikationen anerkannter Organisationen zufolge die zutreffenden Behörden-Standards erfüllen, und Produkte oder Erzeugnisse, die durch Verfahren produziert wurden, die die Behördenstandards für Bioproduktionsverfahren erfüllen. In erster Linie bedeutet "biozertifiziert", dass im Wesentlichen keine künstlichen Chemikalien, wie u. a. Pestizide, Herbizide und Düngemittel in dem Wachstums- und Produktionsverfahren zugelassen sind. Daher haben die Biobauern ein schwerwiegendes Problem bei der Erneuerung und Auffüllung der Nährstoffe und organischer Substanz in ihrem Boden, da effiziente organische Eingabematerialien nicht verfügbar sind.
  • Kompostierter Dung und andere Materialien werden derzeit von Biobauern verwendet, aber Kompostmaterialien haben einen niedrigen Nährwert und haben einen Gehalt an lebensfähigen Pathogenen und Unkrautsaat, der für den Hofbetrieb schädlich ist. Zudem verursachen die Kompostierabläufe selbst erhebliche Luft- und Grundwasser-Verschmutzungsprobleme. Die Technologie, die bisher zur Produktion biozertifizierter Düngemittelprodukte entwickelt wurde, war aufgrund von einem oder mehreren Problemen bei der Produktqualität, Effektivität, Umweltverträglichkeit, oder ökonomischer Machbarkeit zur Lieferung eines preiswerten Marktproduktes nicht zufrieden stellend. Beispiele für den Stand der Technik und Veröffentlichungen, die die Produktion biologischer oder biozertifizierter Düngemittelprodukte angehen, sind die US-Patente 5,354,349 von Inoue; 6,461,399 von Connell; 6,517,600 und 6,645,267 von Dinel; US-Patentanmeldungen 2003/0038078 von Stamper et al., 2003/0089151 und 2003/0136165 von Logan et al und 2003/0111410 von Branson.
  • Aus dem Obigen ist ersichtlich, dass ein erheblicher ungestillter Bedarf an umwelt- und ökonomisch verträglichen Technologien zur Entsorgung von Dung und Abwasser, zur Bekämpfung von schädlichen und Treibhausgasen aus Tierhaltungsbetrieben besteht. Es besteht zudem ein erheblicher ungestillter Bedarf an kostengünstigen organischen Düngemittel- und Bodenaufbauprodukten, die für Nahrungsproduktions-Eingänge unter den gängigen Standards für eine biozertifizierte Nahrungsmittelproduktion zertifiziert werden können. Die Erfindung betrifft Verfahren, Geräte, Systeme und Produkte, die einige oder alle dieser Bedürfnisse erfüllen.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung liefert ökonomische und einfachere Verfahren, Systeme und Geräte zur Umwandlung von Dung-Augangsmaterialien in Düngemittel- und Bodenaufbauprodukte, vorzugsweise zur Umwandlung in biozertifizierte Düngemittel und Bodenaufbauprodukte. Die Erfindung liefert zudem ökonomische und einfachere Verfahren, Systeme und Geräte zum Bekämpfen und Eindämmen von schädlichen, geruchsintensiven und Treibhausgasen aus Tierhaltungsbetrieben.
  • Unter einem Aspekt liefert die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Biodüngemittelproduktes aus einem Dung-Ausgangsmaterial, umfassend das Betreiben eines Gasturbinengenerators zur Strom- und Abgaserzeugung; das Zusammenbringen der Abgase mit dem Dung-Ausgangsmaterial, das einen Feuchtigkeitsgehalt von mindestens etwa 30 Gewichtsprozent aufweist, in einem Trockenbehälter für eine genügende Kontaktzeit, dass ohne signifikante Oxidation des Dung-Ausgangsmaterials ein getrocknetes Düngemittelmaterial hergestellt wird, das einen Feuchtigkeitsgehalt weniger als etwa 20 Gewichtsprozent aufweist; und das Verarbeiten und Formen des Düngemittelmaterials zu einer Granulat-, Pellet- oder Prillgranalienform des Düngemittelproduktes, das sich für herkömmliche Trockendüngemittelanwendung in einem Ackerbaubetrieb eignet.
  • Unter einem anderen Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Düngemittelmaterials bereit, umfassend das Betreiben eines Gasturbinengenerators zur Strom- und Abgaserzeugung mit einer Temperatur über 1000°F; das Zusammenbringen der Abgase, die eine Temperatur über 1000°F haben, mit dem Dung-Ausgangsmaterial, das einen Feuchtigkeitsgehalt von mindestens etwa 30 Gewichtsprozent aufweist, in einem Trockenbehälter für eine so lange Kontaktzeit, dass ohne signifikante Oxidation des Dung-Ausgangsmaterials ein getrocknetes Düngemittelmaterial hergestellt wird, das einen Feuchtigkeitsgehalt von weniger als etwa 20 Gewichtsprozent aufweist; und sie stellt gegebenenfalls ein Verfahren mit den weiteren Schritten Granulieren, Pelletieren oder Prillen des Düngemittelmaterials zu einem Düngemittelprodukt bereit, das sich für herkömmliche Trockendüngemittelanwendung in einem Ackerbaubetrieb eignet.
  • Unter einem anderen Aspekt stellt die Erfindung ein Gerät zum Trocknen und/oder Umwandeln eines Dung-Ausgangsmaterials zur Herstellung eines Düngemittels und/oder Bodenaufbaumaterials bereit, umfassend eine Gasturbine in Kombination mit einem Trockenbehälter, der zum Aufnehmen eines Dung-Ausgangsmaterials und zum Aufnehmen der Abgase aus der Gasturbine über eine Verbindung ausgelegt ist, wobei die Verbindung zwischen der Gasturbine und dem Trockenbehälter so ausgelegt ist, dass das Eindringen von Luft in den Trockenbehälter im Wesentlichen verhindert wird, und sie stellt gegebenenfalls den Trockenbehälter bereit, der für dieses Trocknen und/oder Umwandeln des Dung-Ausgangsmaterials durch direkten Kontakt der Abgase und des Dung-Ausgangsmaterials ausgelegt ist.
  • Unter einem anderen Aspekt stellt die Erfindung ein fahrbares System zum Verarbeiten eines Dung-Ausgangsmaterials zur Herstellung eines Düngemittelproduktes bereit, umfassend mindestens ein fahrbares Trockengerät, das für das Trocknen oder Wärmebehandeln des Dung-Ausgangsmaterials zur Herstellung eines Düngemittelmaterials ausgelegt ist, und mindestens ein fahrbares Verarbeitungsgerät, das zum Umwandeln des Düngemittelmaterials aus dem Trockengerät in ein Düngemittelprodukt ausgelegt ist, dessen Form für eine herkömmliche Düngemittel-Aufbringung in einem Ackerbaubetrieb geeignet ist, und sie stellt wahlweise zudem ein fahrbares System bereit, wobei das Trockengerät eine Gasturbine und einen Trockenbehälter umfasst. Zudem stellt die Erfindung wahlweise ein derartiges fahrbares System bereit, wobei die Gasturbine und der Trockenbehälter über eine Anordnung verbunden sind, die die Gasturbinenabgase in den Trockenbehälter leiten soll und das Eindringen von Luft in den Trockenbehälter verhindern soll.
  • Unter einem anderen Aspekt stellt die Erfindung das obige fahrbare System bereit, umfassend ein erstes auf einem Gleitgestell montiertes Gerät, das den Gasturbinengenerator umfasst, der zur Stromerzeugung ausgelegt ist; und ein zweites auf einem Gleitgestell montiertes Gerät, das den Trockenbehälter umfasst und für die Verbindung mit der Gasturbine ausgelegt ist, so dass es Gasturbinenabgase aufnimmt und im Wesentlichen das Eindringen von Luft in das Trockenbehälter verhindert. Gegebenenfalls wird ein drittes auf einem Gleitgestell montiertes Gerät bereitgestellt, das das Verarbeitungsgerät umfasst. Vorzugsweise umfassen die erfindungsgemäßen fahrbaren Systeme auf Schienen montierte, auf LKWs montierte oder auf Sattelschleppern montierte Geräte. Unter einem anderen Aspekt stellt die Erfindung das fahrbare System bereit, das die Gasturbine und den Trockenbehälter sowie ein wahlfreies Verarbeitungsgerät umfasst, das hinsichtlich Bauweise und Größe für die auf einem einzigen Gleitgestell oder auf einem einzigen Transportwagen montierte Installation ausgelegt ist. Ein weiterer Aspekt betrifft eine oder mehrere Gehäuse für die fahrbaren Einheiten, hauptsächlich zur Schalldämpfung.
  • Unter einem anderen Aspekt liefert die Erfindung ein Biodüngemittelmaterial, umfassend ein Dung-Ausgangsmaterial, das bei ausreichenden Temperaturen und ohne wesentliche Oxidation für einen genügenden Zeitraum thermisch behandelt wird, damit im Wesentlichen alle in dem Dung-Ausgangsmaterial vorhandenen ungewünschten Bestandteile, die ungewünschte Organismen, Mikroorganismen, Pestizide, Antibiotika, Hormone, Prionen oder Viren umfassen, zerstört oder in ungefährliche Formen umgewandelt werden. Vorzugsweise enthält das Biodüngemittelmaterial weniger als nachweisbare Mengen von jedem dieser ungewünschten Bestandteile, die nicht derart zerstört oder umgewandelt wurden, und stellt wahlweise zudem ein solches Düngemittelmaterial in Form eines Düngemittelprodukts bereit, das sich für herkömmliche Trocken-Düngemittelaufbringung in einem Ackerbaubetrieb eignet. Die Erfindung stellt ferner ein Düngemittelmaterial oder -produkt bereit, das thermisch behandeltes Dung-Ausgangsmaterial enthält und in dem die enthaltenen NOx-, SOx- oder COx-Komponenten infolge von Kontakt des Dung-Ausgangsmaterials mit Gasturbinenabgasen in einem begrenzten Raum ohne signifikante Oxidation des Dung-Ausgangsmaterials absorbiert oder komplexiert sind. Je nach dem relativen Nährstoffgehalt und dem Gehalt an Biosubstanz des Dung-Ausgangsmaterials ist dieser Aspekt der Erfindung gleichermaßen geeignet zur Bereitstellung eines Bodenaufbauprodukts mit hohem Gehalt an organischer Substanz, das ähnliche Eigenschaften aufweist.
  • Unter einem anderen Aspekt stellt die Erfindung ein Düngemittelmaterial oder -Produkt bereit, umfassend ein Dung-Ausgangsmaterial, das bei ausreichenden Temperaturen ohne signifikante Oxidation und so lange thermisch behandelt wird, dass ein selbstbindendes Düngemittelmaterial oder -Produkt erhalten wird, das sich für herkömmliche Trocken-Düngemittel-Aufbringung in einem Ackerbaubetrieb eignet.
  • Unter einem anderen Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Bodenaufbauproduktes aus einem biokonvertierten Dung-Ausgangsmaterial bereit, umfassend das Betreiben eines Gasturbinengenerators zur Strom- und Abgaserzeugung, das Zusammenbringen der Abgase mit dem Dung-Ausgangsmaterial, dessen Feuchtigkeitsgehalt mindestens etwa 30 Gewichtsprozent beträgt, in einem Trockenbehälter für eine so große Kontaktdauer, dass ohne signifikante Oxidation des Dung-Ausgangsmaterials ein trockenes Bodenverbesserungsmaterial produziert wird, dessen Feuchtigkeitsgehalt kleiner als etwa 20 Gewichtsprozent ist, und gegebenenfalls Verarbeiten und Formen des Konditionierungsmaterials zu einer Granulat-, Pellet- oder Prillgranalienform des Bodenverbesserungsproduktes, das sich zur herkömmlichen Trockenaufbringung auf den Boden eignet.
  • Unter einem anderen Aspekt stellt die Erfindung ein System zum Verarbeiten von Tiergasen und schädlichen oder übel riechenden Gerüchen oder Gasen aus Dung-Ausgangsmaterial bereit, umfassend eine Gasturbine mit einem Verbrennungsgaseinlass und einen Tierstall, aus dem Ventilationsluft ausgestoßen wird, wobei der Verbrennungslufteinlass derart ausgelegt ist, dass er zumindest einen Teil und vorzugsweise im Wesentlichen die gesamte aus dem Tierstall ausgestoßene Ventilationsluft aufnimmt. Die Gasturbine kann wahlweise einen Gasturbinengenerator umfassen und wahlweise einen Trockenbehälter enthalten, der für das Aufnehmen der Gasturbinenabluft und für das Aufnehmen und Behandeln von Dung-Ausgangsmaterial ausgelegt ist. Unter einem alternativen Aspekt stellt die Erfindung diese Systeme zur Verarbeitung von Tiergasen und schädlichen oder übel riechenden Gerüchen oder Gasen über den Verbrennungslufteinlass einer Kolbenmaschine bereit, die wahlweise einen Stromgenerator und wahlweise einen Trockenbehälter enthalten kann, der für das Aufnehmen von Motorabgas ausgelegt ist.
  • Unter einem anderen Aspekt liefert die Erfindung Geräte zur Behandlung von Dung-Ausgangsmaterial, umfassend eine Gasturbine mit einem Verbrennungslufteinlass, der dafür ausgelegt ist, dass er die Ventilationsluft aus einem Tierstall aufnimmt, einen Trockenbehälter mit einer Verbindung, die für das Aufnehmen von Abgasen der Gasturbine ausgelegt ist, und einen Einlass zum Aufnehmen von Dung-Ausgangsmaterial hat. Gegebenenfalls kann der Verbrennungslufteinlass zur Verbindung mit dem Ventilationssystem des Tierstalls ausgelegt sein, wodurch der Verbrennungslufteinlass im Wesentlichen die gesamte von dem Tierstall ausgestoßene Verbrennungsluft aufnimmt. Unter diesem Aspekt kann zusätzlich die Verbindung zwischen dem Trockenbehälter und der Gasturbinenabluft derart ausgelegt sein, dass sie das Eindringen von Luft in den Trockenbehälter im Wesentlichen verhindert.
  • Die obigen Aspekte sowie weitere Aspekte ergeben sich für den Fachmann aus der Offenbarung.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Es zeigt:
  • 1 ein Ablaufschema eines Verfahrens zur Behandlung von Dung-Ausgangsmaterial unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Ausrüstung;
  • 2 eine Aufsicht auf die erfindungsgemäßen Verfahrenseinheiten in der Form fahrbarer, auf Gleitschienen montierter, LKW-fähiger Einheiten;
  • 3 eine Aufsicht auf die erfindungsgemäßen Verfahrenseinheiten in der Form fahrbarer, auf Gleitschienen montierter, LKW-fähiger Einheiten in anderer Bauweise;
  • 4A eine Aufsicht und 4B einen Aufriss einer Darstellung der Bauweise des erfindungsgemäßen Systems, das auf einen Sattelschlepper-LKW montiert ist;
  • 5 schematisch Verfahren zur Verhinderung der Emission von Tier- und Treibhausgasen in die Atmosphäre unter Verwendung der erfindungsgemäßen Systeme.
  • BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung liefert eine ökonomische, effiziente und einfachere Lösung für das immer schwerere Problem der Umweltverschmutzung, das durch Dung und Gase aus Viehbetrieben und durch kommunale Abwässer verursacht wird. Bis heute bereitgestellte Verfahren und Systeme des Standes der Technik sind entweder bei der Umwandlung dieses Dungs und dieser Gase in eine sichere umweltverträgliche Form nicht wirksam genug oder lassen sich nicht so anpassen, dass sie bei kleinen und großen kommerziellen Betrieben ökonomisch durchführbar sind. Es gibt weitere Probleme bei vielen Systemen des Standes der Technik, einschließlich unökonomischer Betrieb, Versagen beim Dekontaminieren und Versagen beim Verhindern von Luftverschmutzung (oder tatsächlich Verursachen weiterer Umweltprobleme bei der Durchführung des Verfahrens).
  • Beispiele für Systeme des Standes der Technik und ihre Mängel sind u. a.: Faulungsverfahren, unabhängig davon ob sie aerob oder anaerob sind, sind langsam, ineffizient und erzeugen einen Schlamm der üblicherweise in einer Müllkippe oder Aufschüttung entsorgt werden muss. Faulungs- oder Kompostiersysteme, die zur Produktion von Biogas, üblicherweise Methan, für Kraftstoff ausgelegt sind, liefern keine ökonomisch vorteilhafte Kraftstoffproduktion und sind teuer im Betrieb, weil der produzierte Kraftstoff nicht mit genügender Rate erzeugt wird, und er keinen ausreichenden Wärmewert für einen ökonomischen Betrieb besitzt. Er ist insofern ein "schmutziger" Kraftstoff, als er beim Verbrennen umweltschädliche Emissionen erzeugt, und aufgrund seines variablen Gehaltes an schädlichen Gasen schwierig effizient zu verbrennen ist. Dieser variable und ungleichmäßige Gehalt an Verunreinigungen und der Kraftstoffwert können tatsächlich einige Systeme und Motoren, wie Gasturbinen und Kolbenmotoren, aufgrund von Korrosion oder unkontrollierbaren, unvorhersagbaren Brennbedingungen beschädigen. Biogas-Produktionsabläufe produzieren einen abgereicherten Schlamm, dessen Entsorgung auf umweltverträgliche Weise teuer ist. Faulungs- und Kompostiersysteme, die dafür ausgelegt sind, dass sie Düngemittel- oder Bodenverbesserungs-Produkte erzeugen, leiden daran, dass diese erzeugten Produkte gewöhnlich nicht frei von biologischen oder chemischen Verunreinigungen sind, die für die Verwendung auf Ackerland insbesondere für biozertifizierte Anwendungen, unerwünscht oder verboten sind, und diese Produkte haben einen zu niedrigen Nährwert als dass sie als effiziente Düngemittel dienen können.
  • Behandlungssysteme, die Wärme- und chemische Behandlung einsetzen, sind zur Erzeugung eines sicheren Endprodukts ineffizient und häufig unwirksam. Dazu gehören pH-Einstellungs- und chemische Additive, gewöhnlich unter Erhitzen, das zum Abtöten vorhandener Organismen beitragen soll. Einige Wärmebehandlungssysteme setzen Druck (zum Kochen bei höherer Temperatur), Mikrowellenerhitzung, Bestrahlung und andere ergänzende Behandlungen ein, die nur dazu dienen, die Kosten des Betriebs zu erhöhen, mit abnehmendem Nutzen bei Produktqualität oder Umweltreinhaltung. In vielen Fällen führt die zusätzliche Komplexität von Behandlungen und Kombinationen von Verfahrensschritten zu negativeren Umweltauswirkungen aus eingesetzten Ressourcen und den erzeugten Nebenprodukten verglichen mit der vorteilhaften Umweltauswirkung der gesamten Behandlung. Viele Systeme erzeugen alternative oder zusätzliche Nebenprodukte, die verunreinigt sind oder bei ihrem Betrieb eine kollaterale Umweltverschmutzung verursachen. Systeme, die Verbrennung, teilweise Verbrennung, Vergasung oder Pyrolyse einsetzen, sind ebenso ineffizient und nicht genügend wirksam, weil Verbrennung zusätzliche Abwässer erzeugt, die eingedämmt werden müssen, damit eine andere oder zusätzliche Luftverschmutzung verhindert wird. Zwar produzieren Verbrennungs- und Pyrolysesysteme ein Produkt, das genügend sterilisiert sein kann, aber das Produkt kann weitere ungewünschte Nebenprodukte der Verbrennung enthalten, was es für einige Düngemittel-Anwendungen ungeeignet macht, so dass ungewünschte Entsorgung auf einer Müllkippe erforderlich wird. Zudem haben Verbrennungssysteme das zusätzliche Risiko potenziell unkontrollierbarer oder explosionsartiger Feuer, wodurch zumindest die Verfahrensausrüstung beschädigt wird und im schlimmsten Fall Sicherheitsfragen aufkommen.
  • Systeme des Standes der Technik haben das Problem von schädlichen Gasen und Treibhausgasen, die in Tierhaltungsbetrieben und kommunalen Abwasserbehandlungsbetrieben produziert werden, nicht zufrieden stellend behandelt. Quellen für solche Gase sind die Tiere selbst, der Dung und der Abfall von den Tieren und die biologische Umwandlung oder Zersetzung des Dungs, Abwassers und Abfalls. Diese Gase werden üblicherweise in die Atmosphäre ausgeblasen oder freigesetzt, sind aber für Anwohner aufgrund der schädlichen Gerüche störend und sie sind aufgrund der Luftverschmutzung, die durch die darin enthaltenen Treibhausgase, insbesondere Methan, verursacht wird, für die Umwelt störend.
  • Die Erfindung liefert eine neue Technologie in Form von Verfahren, Geräten und Systemen zur Umwandlung von Dung-Ausgangsmaterial in nützliche, umweltverträgliche Materialien und Produkte, die in einem bevorzugten Aspekt in einer Form produziert werden können, die sich zur Verwendung in biozertifizierten Landwirtschaftsbetrieben eignet. Zusätzlich liefert die hier offenbarte Erfindung eine Technologie, die die ungewünschten Umweltauswirkungen von Treibhausgasen verringert oder beseitigt, die in Tierhaltungsbetrieben produziert werden, und die erfindungsgemäße Technologie reduziert oder eliminiert die Umweltschäden der Dung-Ausgangsmaterial-Behandlung gegenüber Verfahren und Systemen des Standes der Technik. Einer der Hauptvorteile der Erfindung liegt in dem Aspekt, dass bei den meisten Dung-Ausgangsmaterialverabeitungen alle Abfallfeststoffe gegebenenfalls in den Verfahren und Systemen gehalten und als Teil in das Endprodukt, das sich als Düngemittel- oder Bodenaufbaumaterialprodukte eignet, eingebracht werden können. So kann die Erfindung die Notwendigkeit, dass jeglicher verbleibender Schlamm oder andere Feststoffe auf einer Müllkippe oder einer Aufschüttung entsorgt werden müssen, vollständig beseitigen. Das aus dem Ausgangsmaterial entfernte Wasser wird vorzugsweise zurück gewonnen und zu der Abfallmaterialquelle oder einer anderen Anlage für die Wiederverwendung rezykliert. Dies ist ein signifikanter Nutzen im Hinblick auf die Umwelt und ein Wassereinsparungsfaktor, der von der Erfindung ökonomisch bereitgestellt wird.
  • Der Begriff "Dung-Ausgangsmaterial", wie er hier verwendet wird, bedeutet und umfasst Abfallsubstanz, die von Tieren als Fäkalien und/oder Urin ausgeschieden wird, wie beispielsweise, aber nicht eingeschränkt auf Mensch (kommunale Abwässer und Klärschlamm), Vieh (Rindfleisch, Milchwirtschaft, Büffel, Kalbfleisch usw.), Pferde, Schafe, Schweine, Geflügel (Hühner, Truthahn, Strauß, Taube usw.), Ziege, Nerz, Veterinärmedizin, Viehhof, Stall, Rennbahn, Rodeoplätze, Festplätze, Weiden, Verkaufsscheunen, Zoo, aus dem Meer (Fisch, Krabben usw.), Elch (und anderes Wild), Lama, Alpaka sowie andere Betriebe und Quellen für Abwässer oder Dung und in jeglichen Mischungen davon. Dung-Ausgangsmaterial, wie es hier verwendet wird, umfasst solche Substanzen zusammen mit anderen Materialien, die gewöhnlich in Landwirtschaftsbetrieben vorhanden sind, wo solches Material produziert wird, wie Stroh, Streu, (das gewöhnlich geschreddertes Papier, Holzschnitzel usw. ist), Haare, Federn, Insekten, Nager, usw. unabhängig davon, ob das Verhältnis dieses Materials zu anderen solcher Materialien von sehr niedrig bis sehr hoch reicht. Dung-Ausgangsmaterial, wie es hier verwendet wird, umfasst solches Material in seiner Rohform, einer beliebigen präparierten Form und Gemische davon mit anderen Materialien, wie andere Biosubstanz (Gartenabfall, Bioabfall usw.), Additive, Verfahrenszusätze, Knochenmehl, Fischmehl, und dergleichen, einschließlich bei frischer Substanz, vollständig umgewandelt durch Kompostierung, Faulung usw. oder in einer beliebigen Stufe dazwischen. Man erkennt, dass bei Zugabe, Beimischung oder Einschluss anderer Komponenten, wie Knochenmehl, usw. in dem Dung-Ausgangsmaterial zur erfindungsgemäßen Verarbeitung, solche zusätzlichen Komponenten auch von der thermischen Zerstörung oder Umwandlung der nachstehend aufgeführten ungewünschten Komponenten, wie Prionen, usw., ebenso wie das Dung-Ausgangsmaterial profitieren. Somit möchte man womöglich kontaminierte Materialien, wie Stroh, das Pestizide enthält, Knochenmehl, das Prionen enthält, usw. mit dem zu verarbeitenden Dung mischen, so dass solche Kontaminationen während der erfindungsgemäßen Verarbeitung des Dung-Ausgangsmaterials umgewandelt oder zerstört werden können. Wie nachstehend aufgeführt kann das Ausgangsmaterial den Inhalt von gängigen Dung-Klärteichen und/oder Dunghaufen enthalten, so dass selbige aufbereitet oder eliminiert werden. Die Erfindung eignet sich zur Verarbeitung anderer Arten von Abfallprodukten und Abfallströmen, wie in der gemeinsam abgetretenen, gleichzeitig angemeldeten U.S.-Patentanmeldung mit der laufenden Nr. 10/895,030, eingereicht am 19. Juli 2004, offenbart, deren Offenbarung hier vollinhaltlich durch Bezugnahme aufgenommen ist.
  • Die Erfindung stellt eine einfachere, ökonomisch effiziente Alternative zum Stand der Technik bereit, und liefert unter ihren bevorzugten Aspekten ein Produkt, das sich zu 100% als Düngemittel und/oder Bodenaufbauprodukt eignet, und das eine 100%ige Umwandlung von Dung-Ausgangsmaterialfeststoffen in nützliche Produkte liefert und das im Stand der Technik ungelöste Problem der Entsorgung von Feststoffen beseitigt, die bei verschiedenen Dung-Ausgangsmaterialbehandlungen übrig geblieben sind, wie bei der Kompostierung und der Biogasproduktion. Bei einem bevorzugten Aspekt der Erfindung ist das erzeugte Düngemittel ein Biodüngemittel, das sich von biozertifizierten Nahrungsmittelproduzenten verwenden lässt, ohne dass ihr biozertifizierter Produkt-Status auf Spiel gesetzt wird. Erfindungsgemäß kann der Nährwert des aus einem Dung-Ausgangsmaterial produzierten Düngemittels maximiert werden, wenn Kompostierung, Faulung, Verbrennung und Oxidation des Dung-Ausgangsmaterials verhindert oder zumindest minimiert werden.
  • Bei der Erfindung zerstört oder wandelt die Hochtemperaturbehandlung des Dung-Ausgangsmaterials, vorzugsweise durch direkten Kontakt mit heißen Gasen, z. B. > 1000°F, im Wesentlichen alle in dem Dung-Ausgangsmaterial vorhandenen ungewünschten Komponenten in ungefährliche Formen um, wie u. a. Organismen, Mikroorganismen (einschließlich genetisch modifizierter Organismen, Bakterien, Pathogenen und anderer Mikroorganismen), Samen, Pestizide, Antibiotika, Hormone, Prionen und Viren, insbesondere wenn diese Wärmebehandlung für eine genügende Zeit und ohne signifikante Oxidation, Verbrennung oder Pyrolyse des Dung-Ausgangsmaterials erfolgt. Die Behandlung bei genügend hohen Temperaturen für einen genügenden Zeitraum ohne signifikante Oxidation und/oder Pyrolyse "kocht" das Dung-Ausgangsmaterial oder wandelt oder transformiert es anderweitig in ein selbstbindendes Produkt um, wodurch es zu herkömmlichen Pellets, Granulaten, Prillgranalien oder anderen Formen geformt werden kann, gewöhnlich ohne dass Bindemittel oder andere agglomerierende Additive zugegeben werden müssen, die eine genügende physikalische Härte und Festigkeit besitzen, dass sie zu herkömmlichen Formen und Größen geformt werden können und in herkömmlichen Trocken-Düngemittel-Anwendungs-Ausrüstungen und Betrieben verwendet werden können.
  • Die Erfindung stellt auch die Rückgewinnung und Rezyklierung des Wassers bereit, das aus dem Dung-Ausgangsmaterial entfernt wurde, wobei das Wasser als Viehtrinkwasser, für Bewässerungs- oder andere industrielle Zwecke verwendet werden kann, sowie für die Rückgewinnung und Rezyklierung sämtlicher Feststoffe (feiner oder anderer), die bei dem Verfahren produziert werden. In der erfindungsgemäßen Praxis werden keine anderen signifikant festen Produkte als die gewünschten Düngemittel- und/oder Bodenaufbauprodukte produziert, die sich zur kommerziellen Verwendung eignen. Das erfindungsgemäß rezyklierte Wasser ist ein erheblicher Faktor für den Umweltschutz und Wassererhaltung. Eine erfindungsgemäße Betriebseinheit, die den Dung von einer Milchwirtschaft mit 4000 Kühen verarbeitet, rezykliert jährlich schätzungsweise 7 Millionen Gallonen Wasser zurück zur Wiederverwendung in der Milchwirtschaft, und zwar je nach dem Wassergehalt des rohen Dung-Ausgangsmaterials und anderer Verfahrensbedingungen.
  • Erfindungsgemäß ist die effizienteste Weise zur Bereitstellung von Heißgasen für den Kontakt mit dem Dung-Ausgangsmaterial das Abgas einer Gasturbine und vorzugsweise eines Gasturbinenstromgenerators. Dem erfindungsgemäßen System zufolge wird die Gasturbine mit lokal verfügbaren herkömmlichen Kraftstoffquellen angetrieben, weil bei dem erfindungsgemäßen Betrieb keine biologische Umwandlung erfolgt und kein Biogas aus dem Dung-Ausgangsmaterial erzeugt wird, und weil herkömmliche Kraftstoffe den effizientesten, zuverlässigsten und am besten regelbaren Betrieb der Gasturbine liefern. Der von dem Gasturbinengenerator erzeugte Strom wird vorzugsweise als Einnahmequelle für den Betrieb der Erfindung in das örtliche Stromnetz verkauft. Der Strom kann aber auch intern beim Betrieb des erfindungsgemäßen Systems oder in nahe gelegenen Betrieben als ergänzende Energiequelle oder bei einer Kombination von Verwendungen zur Energie- und Wärmegewinnung aus den erfindungsgemäß eingesetzten Verfahren verwendet werden. Beim erfindungsgemäßen Betrieb ist es bevorzugt und effizienter, dass die erzeugte elektrische Energie nur in das örtliche Energieversorgungsnetz verkauft wird. Dadurch kann der Betrieb der erfindungsgemäßen Verfahren und die erfindungsgemäße Ausrüstung auf effizienteste und wirksamste Weise zur Behandlung des Dung-Ausgangsmaterials variiert werden, so dass die gewünschte Qualität der Düngemittel- oder Bodenaufbauprodukte erzeugt wird, ohne dass man durch eine bestimmte minimale oder notwendige Höhe der Stromausgabe beschränkt wird.
  • Ein wichtiges Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens und erfindungsgemäßen Geräts ist, dass die Gasturbine und der Dung-Ausgangsmaterial-Trockenbehälter, der das Abgas von der Gasturbine aufnimmt, miteinander verbunden sind, so dass das Eindringen von Außenluft in den Trockenbehälter im Wesentlichen ausgeschlossen ist. Der Trockenbehälter nimmt die Abgase vorzugsweise direkt von der Gasturbine auf. Vorzugsweise werden 100% der Gasturbinen-Abgase in den Trockenbehälter geleitet, und für den effizientesten Betrieb vorzugsweise, ohne dass sie durch einen zwischengeschalteten Wärmetauscher, Schalldämpfer oder andere Ausrüstung geleitet werden, so dass der Trockenbehälter die maximale Wärme des Gasturbinenabgases erhält. Man erkennt jedoch, dass überschüssige Abgase, die für den Betrieb des Trockenbehälters nicht benötigt werden, abgezweigt werden können und so die bei anderen Schritten der erfindungsgemäßen Systeme oder bei anderen nahe gelegenen Betrieben benötigte Wärme bereitstellen können. Ebenfalls bevorzugt stammen die Abgase aus herkömmlichen und effizienten Verbrennungsverhältnissen in der Gasturbine, so dass die Abgase eine minimale oder beschränkte Menge an freiem Sauerstoff, im Wesentlichen keinen unverbrannten Kraftstoff, keine offene Flamme enthalten, und dass die optimale Abgastemperatur (EGT) erreicht wird, so dass pro verbrauchter Kraftstoffeinheit die maximale Wärme erzeugt wird. Die Verbrennung kann auch bei einem stöchiometrischen Verhältnis für einen Betrieb bei maximaler EGT und bei maximaler Temperatur und maximalem Wärmeeintrag für das erfindungsgemäße Verfahren erfolgen. Das Fehlen von überschüssigem Sauerstoff in den Abgasen, das Ausschließen des Eindringens von Außenluft in den Trockenbehälter, das Fehlen einer offenen Flamme und der Betrieb bei den hier angegebenen Temperaturen verhindert eine signifikante Oxidation des Dung-Ausgangsmaterials im Trockenbehälter, erhält den maximalen Nährwert in dem Dung-Ausgangsmaterial, der dann auch im Düngemittel-Endprodukt enthalten ist, verhindert die Gefahr einer Beschädigung der Ausrüstung durch Feuer und liefert einen Betrieb, der vor explosionsartigen Feuern im Trockenbehälter sicher ist. Das Fehlen von überschüssigem Kraftstoff in den Abgasen verhindert, dass die Abgase eine Quelle für Kohlenwasserstoffe sind, die von dem Dampfausstoß des Betriebs abdestilliert werden müssen, bevor dieser in die Atmosphäre entlassen wird.
  • Beim Betrieb der erfindungsgemäßen Verfahren und Geräte ist das Dung-Ausgangsmaterial vorzugsweise so frisch wie möglich und hat einen hohen Feuchtigkeitsgehalt. Anders gesagt, sollte dieses Dung-Ausgangsmaterial vor der erfindungsgemäßen Verarbeitung keiner Kompostierung, Faulung oder einer anderen biologischen Umwandlung oder diesen so wenig wie praktikabel unterworfen worden sein. Dies liefert den höchsten Nährwert und Gehalt an organischer Substanz im erzeugten Düngemittel- und Bodenaufbauprodukt. Dieser bevorzugte Aspekt wird effizient erzielt durch ein bevorzugtes Design der erfindungsgemäßen Systeme, wobei es sich um die Modulation der Verfahrensgeräte in auf Gleitschienen montierter oder anderer Form handelt, die sich für den LKW-Transport eignen. Dadurch kann die Größe des gesamten erfindungsgemäßen Systems geeignet eingestellt werden, und es kann an Ort und Stelle an Weiden, Hühnerställen, Schweinehöfen usw. platziert werden und gestattet die Verarbeitung des Dung-Ausgangsmaterials aus diesen Betrieben und Anlagen unmittelbar nach ihrer Produktion. Dieses bevorzugte System für diese Betriebe liefert eine zusätzliche Effizienz hinsichtlich Ökonomie und Umwelt, weil es die Kosten und jegliche Umweltauswirkung des Transports eines Dung-Ausgangsmaterials oder abgereicherten Klärschlamms an eine entfernte Stelle für die Verarbeitung oder Entsorgung überflüssig macht. Durch die Beseitigung der Notwendigkeit, das Dung-Ausgangsmaterial von einer Stelle zu einer anderen zu transportieren, profitiert man auch von der biologischen Sicherheit zwischen den Anlagen, d. h. man umgeht den Transport und die Verbreitung schädlicher oder unerwünschter Pflanzen- und Tierkrankheiten. Diese Gestaltung ermöglicht auch die Verarbeitung eines Dung-Ausgangsmaterials von Verbrauchern oder Zwischenhändlern, wobei sich die auf den LKW montierten Einheiten leicht von einer Stelle der Dung-Ausgangsmaterialansammlung zu einer anderen bewegen können. So wird die Nutzung der Kapitalinvestition in die Ausrüstungssysteme, die zum Befördern der Erfindung eingesetzt werden, maximiert. Die Fahrbarkeit ermöglicht auch eine volle Nutzung der erfindungsgemäßen Ausrüstung, die in ihrer Größe auf einen effizienten, ökonomischen Betrieb zugeschnitten und so jeweils auf Teilzeitbasis auf mehreren verschiedenen Weiden, Schweinehöfen, usw. in einem bestimmten Gebiet verwendet werden kann, in dem eine permanente Installation an einer beliebigen einzelnen Stelle nicht nötig ist oder ökonomisch nicht zu rechtfertigen ist. Die erfindungsgemäßen Systeme können in ihrer Größe auch auf einen einzelnen Tierhaltungsbetrieb zugeschnitten werden und dort in Vollzeit das Dung-Ausgangsmaterial stetig verarbeiten, das an dieser Stelle stetig produziert wird, so dass eine Dung-Anreicherung oder eine Dung-Überproduktion zu jedem Zeitpunkt, an dem der Mastbetrieb läuft, minimiert wird. Entsprechend können die erfindungsgemäßen Systeme zur Installation in Bürogebäuden, Krankenhäusern, Hotels, usw. hinsichtlich ihrer Größe angepasst werden, so dass rohes Abwasser daraus abgefangen und verarbeitet wird, so dass die Belastung der kommunalen Abwasserbehandlungs-Einrichtungen reduziert wird. Bei vielen kommunalen Abwasserbehandlungseinrichtungen, die die volle Kapazität erreichen, und bei den Städten, die sich großen Investitionen zum Aufbau neuer oder erweiterter Betriebe gegenüber sehen, stellt diese Erfindung eine ökonomisch interessante Alternative durch Verarbeiten von Abfallströmen an Ort und Stelle an großen Produktionsstellen zur Herstellung eines geeigneten Produktes bereit, und verringert die Belastung des kommunalen Abwassersystems. Die erfindungsgemäßen Systeme können ebenfalls an das hygienische Behandeln vor Ort von Rohabwässern aus Bürogebäuden, Krankenhäusern, Hotels usw. angepasst werden, so dass vor Ort ein Düngemittel-Produkt erhalten wird, und die Belastung auf das kommunale Abwassersystem weiter verringert wird. Dieser Aspekt der erfindungsgemäßen Systeme kann besonders an fernen Urlaubsorten geeignet sein, wo es keine kommunalen Abwasserbehandlungsbetriebe gibt, damit das Abwasser daraus verarbeitet wird, so dass man ein Düngemittelprodukt erhält und man so die Probleme der Schlammentsorgung umgeht.
  • Bei der Verwendung in dieser Erfindung hat das Dung-Ausgangsmaterial vorzugsweise einen hohen Feuchtigkeitsgehalt, wie mindestens 30 Gewichtsprozent Wasser, vorzugsweise mindestens 50% und am stärksten bevorzugt mindestens 70%. Der hohe Wassergehalt erleichtert eine maschinelle Handhabung des Rohmaterials und dessen Vorbereitung für die Verwendung durch Vermischen und Mischen zu einem gleichmäßigen Ausgangsmaterial. Üblicherweise wird das Dung-Ausgangsmaterial insbesondere bei Vieh- und Geflügelbetrieben durch Schnecken, Ladeschaufeln, Tieflöffelbagger, Förderbänder und dergleichen bewegt. Bei einigen Betrieben kann das Dung-Ausgangsmaterial jedoch in Form eines pumpbaren Schlamms vorbereitet werden, und zwar insbesondere bei Milch- und Schweinebetrieben, wobei die Stallreinigung durch Wasserfluten erfolgen kann und wobei der Wassergehalt des Dung-Ausgangsmaterials bis zu 90%, 95% oder sogar 98% betragen kann. Im Stand der Technik konnten solche Dung-Ausgangsmaterialien nicht ökonomisch verarbeitet werden und wurden einfach in Halte- oder Absetzbecken oder in Klärteiche überführt, bei denen es stark zu Luftverschmutzung, Geruchs- und Umweltproblemen kommt. Die Erfindung kann solche Dung-Ausgangsmaterialien mit hohem Wassergehalt effizient und ökonomisch verarbeiten, so dass nicht nur der Dunginhalt in Form eines nährstoffreichen Düngemittels, sondern auch das von Pathogenen usw. dekontaminierte Verfahrenswasser zurück gewonnen wird, das für die Stallreinigung, als Viehtrinkwasser oder zur Ackerbewässerung rezykliert werden kann. Die Erfindung kann Dung-Ausgangsmaterialien mit hohem Wassergehalt effizient und ökonomisch handhaben, weil im Trockenbehälter erzeugter überschüssiger Dampf stromabwärts, stromaufwärts oder von nahe gelegenen Betrieben genutzt werden kann, beispielsweise zur Stallreinigung, zum Vorerhitzen des Dung-Ausgangsmaterials, zum Erwärmen von Gewächshäusern usw. Die Dung-Ausgangsmaterialien mit hohem Wassergehalt werden nicht in offenen Klärteichen gehalten. Die Erfindung ermöglicht stattdessen das Halten des Dungs in Behältern oder Tanks, wodurch Luftverschmutzung, Geruchs- und Umweltprobleme in Verbindung mit offenen Kläreichen beseitigt werden. Die Erfindung enthält und verarbeitet nicht nur das Wasser und die Feststoffe, sondern auch die produzierten Gase, wie es hier offenbart ist. Wie bereits erwähnt ist es erfindungsgemäß bevorzugt, dass das Dung-Ausgangsmaterial so frisch wie möglich ist, es so wenig wie möglich biologisch umgewandelt wurde, wie durch Kompostieren oder Faulung. In einigen Fällen, bei denen der Dung vor der Verarbeitung gehalten oder aufbewahrt werden muss, möchte man das Dung-Ausgangsmaterial an der Stelle der Quelleninstallation oder der Aufbewahrung kühlen, wie es in EP 0677237 von Claesen offenbart ist, damit die biologische Umwandlung vor der Verarbeitung des Dungs zu einem Düngemittel erfindungsgemäß minimiert wird. Die Minimierung der biologischen Umwandlung, insbesondere durch unmittelbare erfindungsgemäße Verarbeitung mit oder ohne eine solche Kühlung hat den zusätzlichen Vorteil für die Umwelt, dass schädliche oder gefährliche Emissionen in die Atmosphäre reduziert werden, und den ökonomischen Vorteil, dass der Bedarf an einer Geruchsverbesserung oder an Emissionsbekämpfungsausrüstung beim Landwirtschaftsbetrieb entfallen oder reduziert werden. In einigen Fällen kann es aus Gründen eines ökonomischen Betriebs wünschenswert sein, einen Teil des Wassers von den Dungmaterialien mit hohem Wassergehalt z. B. durch Zentrifugen, mechanisch abzutrennen, bevor der Dung in dem erfindungsgemäßen System verarbeitet wird. Dieses abgetrennte Wasser kann für die Nutzung, wie zur Bodenreinigung oder für andere Verfahrenswasseranforderungen, rezykliert werden.
  • Man erkennt, dass ein Rohdung-Ausgangsmaterial gewöhnlich andere Materialien enthält, wie Stroh, Ranken, Draht, Kies, Steine, Jute- oder Kunststoffbeutel usw. Solche Materialien sind bei der Erfindung ohne nachteilige Wirkung als Teil des Dung-Ausgangsmaterials verarbeitbar, vorausgesetzt die Mengen dieser anderen Materialien sind nicht ungewöhnlich hoch. Gewöhnlich werden jedoch solche Materialien, insbesondere Steine, Draht und dergleichen, die den Trockenbehälter oder stromabwärts gelegene Verfahrensausrüstung beschädigen könnten, abgetrennt. Ansonsten kann es wünschenswert sein, wenn das Dung-Ausgangsmaterial durch Häckseln, Mahlen oder eine andere Vorbereitung vorbereitet wird, so dass Inhaltsstoffe, wie Ranken, Beutel und dergleichen in kleine Stücke zerkleinert und so in das Endprodukt eingearbeitet werden können, ohne dass sie den normalen Betrieb der erfindungsgemäßen Verfahren und Geräte oder die Endanwendung des Düngemittel-Produkts signifikant behindern. Es sollte beachtet werden, dass solche Materialien, die entweder inert oder biologisch abbaubar sind, im Düngemittelprodukt ohne nachteilige Wirkung enthalten sein können, was besonders erwünscht sein kann, wenn es nicht ökonomisch effizient ist, diese Materialien aus dem Dung-Ausgangsmaterial oder während der erfindungsgemäßen Verarbeitung zu entfernen. Die Vorbereitung des Dung-Ausgangsmaterials durch Mahlen, Schnitzeln, Häckseln, Zerbrechen usw. verbessert nicht nur die Gleichförmigkeit des Ausgangsmaterials für die Verarbeitung, sondern erleichtert auch die Zugabe anderer Materialien zu dem Ausgangsmaterial, wie Stroh, Holzspäne, Gartenabfall usw., wie oben angesprochen. Außerdem kann die Vorbereitung des Dung-Ausgangsmaterials einen Waschschritt beinhalten, der bei sehr trockenem Dung, wie von Geflügel, nützlich sein kann, oder zur Entfernung eines übermäßigen Salzgehalts, der im fertigen Düngemittel- oder Bodenaufbauprodukt nicht gewünscht ist.
  • Es ist zwar bevorzugt, dass das Dung-Ausgangsmaterial keine oder wenig biologische Umwandlung durch Kompostierung, Faulung usw. erfahren hat, jedoch ist es anerkannt, dass diese Erfindung gleichermaßen geeignet ist zum Trocknen und Verarbeiten von vollständig biologisch umgewandeltem (kompostiertem oder zum Ausgasen gefaultem) Dung-Ausgangsmaterial, so dass ein geeignetes Material oder Produkt erhalten wird. Der Nährwert des Düngemittels von einem solchen Material oder Produkt kann minimal sein, aber das Material oder Produkt kann sich als Bodenverbesserer eignen. Der Begriff "biologisch umgewandeltes Dung-Ausgangsmaterial", wie er hier verwendet wird, soll ein Ausgangsmaterial bedeuten, in dem ein hinreichender Teil der Nährstoffe durch Kompostieren, Faulung usw. umgewandelt, wird, damit das Ausgangsmaterial zur Herstellung eines Bodenverbesserers oder Bodenaufbauproduktes stärker geeignet ist als zur Herstellung eines Düngemittelproduktes. Man geht davon aus, dass das erfindungsgemäß geeignete Dung-Ausgangsmaterial solche beinhaltet, bei denen der eigentliche Tierabfall (Fäkalien und/oder Urin) nur einen kleinen Prozentsatz des Dung-Ausgangsmaterials ausmacht, wobei der Rest andere Materialien sind, wie Stroh, Streu, usw. Bei einigen Hühnermastbetrieben wird geschreddertes Papier als Nest- bzw. Streumaterial verwendet, und es wird so oft gewechselt, das das Dung-Ausgangsmaterial aus solchen Betrieben einen niedrigen Gewichtsprozentsatz ausmacht, wie beispielsweise 10 bis etwa 30% Abfall und etwa 50 bis etwa 80% anderes Material, wobei die restlichen 10 bis 20% Wasser ausmachen. Selbst ein solches Dung-Ausgangsmaterial wird erfindungsgemäß vorteilhaft verarbeitet, so dass man Bodenaufbau- und/oder Düngemittelprodukte erzeugt.
  • Der hier verwendete Begriff "Gasturbine" umfasst und beinhaltet alle Turbinenmotoren mit einer Kompressorturbinenstufe, einer Verbrennungszone und einer Abgasturbinenstufe, die in der Lage ist, Abgastemperaturen von mindestens 500°F, vorzugsweise mindestens etwa 700°F, stärker bevorzugt mindestens etwa 900°F und am stärksten bevorzugt mehr als etwa 1000°F zu erzeugen. Gasturbinen sind die Wärmequelle, die bei der Erfindung aufgrund ihres effizienten Betriebs und ihrer hohen Wärmeausgabe bevorzugt verwendet wird. Der Gasturbinengenerator wird weiterhin bevorzugt bei der Erfindung aufgrund der Energieproduktion durch den Generator verwendet, wobei die Energie verwendet oder verkauft werden kann und so der Betrieb des erfindungsgemäßen Systems ökonomischer wird. Der Generator ist gewöhnlich ein Stromgenerator, weil der produzierte Strom gut genutzt und/oder verkauft werden kann. Der Generator kann jedoch jeder andere gewünschte Energiegeneratortyp sein, wie eine hydraulische Pumpe oder ein Antriebsaggregat, das hydraulische Motoren an Pumpen, Schnecken, Förderbändern und anderen Ausrüstungstypen im erfindungsgemäßen System oder Ausrüstung in anderen nahe gelegenen Betrieben antreiben kann. Die Wärmeanforderungen und die Systemökonomie bestimmen, ob eine Gasturbine oder ein Gasturbinengenerator verwendet wird. Sind Abgase mit höherer Temperatur und eine höhere Wärmeausgabe aus einer gegebenen kleineren Gasturbine gewünscht, kann es wünschenswert sein, eine Gasturbine anstelle eines entsprechend großen Gasturbinengenerators zu verwenden. Verglichen mit der Gasturbine dehnt der Gasturbinengenerator die Abgase durch Absorbieren von Energie zum Antreiben des Generators weiter aus und kühlt sie ab, während diese Energie in einer Gasturbine in Gasen mit höherer Temperatur enthalten ist, die im erfindungsgemäßen Trockenbehälter verwendet werden können. Dies kann eine Möglichkeit sein, wenn es bei der Durchführung der Erfindung hinsichtlich der Ökonomie wichtiger ist, dass man über kleine (LKW-fähige) Hochtemperatureinheiten als über den Rückgewinnstrom oder den ökonomischen Nutzen der Elektrizität oder einer anderen Energieproduktion durch die Gasturbine verfügt.
  • Die Gasturbine oder der Gasturbinengenerator, die für die Erfindung geeignet sind, können mit Kraftstoff aus jeder beliebigen Quelle mit jedem für die bestimmte Gasturbine und für die erfindungsgemäß ausgestaltete Verfahrensausrüstung geeigneten Kraftstoff beschickt werden. Die bevorzugten und herkömmlichen Kraftstoffe sind mercaptanfreies Erdgas, Diesel-, Kerosin- und Düsenkraftstoff, weil die Gasturbinen derart ausgelegt sind, dass sie am effizientesten mit derartigen hochwertigen Kraftstoffen laufen, und weil sie allgemein verfügbar sind, besonders an abgelegenen landwirtschaftlichen Betrieben, an denen diese erfindungsgemäßen Einheiten oft am effizientesten aufgestellt werden. Zu anderen Kraftstoffen, die zum Antreiben der Gasturbine verwendet werden können, gehören aber auch Methan, Propan, Butan, Wasserstoff und Biogas sowie Kraftstoffe aus biologischen Flüssigkeiten (wie Methan, Öle, Diesel und Ethanol). Weil das erfindungsgemäße System keinen Biokraftstoff produziert, muss der Kraftstoff für die bei der Erfindung verwendete Gasturbine, an der Stelle verfügbar sein, an der die Erfindung genutzt wird. Ist örtlich kein Kraftstoff verfügbar, kann ein Kraftstoff, wie Diesel, bei Bedarf mit LKWs an Ort und Stelle transportiert werden.
  • Beispiele für kommerziell erhältliche Gasturbinen und Gasturbinengeneratoren, die für die Erfindung geeignet sind, sind u. a. die folgenden (die nominellen Megawatt-(MW-)Ausgaben sind ungefähre Werte):
    • – Rolls Royce Gas Turbine Engines Allison 501-KB5, -KB5S oder -KB7 mit einer nominellen Ausgabe unter Standardbedingungen von 3,9 MW
    • – European Gas Turbines Tornado mit einer nominellen Ausgabe von 7,0 MW
    • – Solar Mars 90 mit einer nominellen Ausgabe von 9,4 MW und Solar Mars 100 mit einer nominellen Ausgabe von 10,7 MW
    • – Solar Tarus 60 mit einer nominellen Ausgabe von 5,5 MW und Solar Tarus 70 mit einer nominellen Ausgabe von 7,5 MW
  • Für eine nominelle Ausgabekapazität von 2,5 metrischen Tonnen/Std. (2500 kg/Std.) kann je nach der Wärmeisolation und Wärmerückgewinnungseffizienzen, für die das Gesamtsystem ausgelegt ist, eine Gasturbinengröße von etwa 4 MW verwendet werden. Bei kleinen Sattelschlepper- oder LKW-Systemen können die Einheiten kleiner bemessen sein. Bei kleineren Produktausgabesystemen, wie einer Produktausgabe von 0,3 metrischen Tonnen/Std., können je nach den Systemeffizienzen und den erforderlichen Wärmeeingabebereichen kleine Gasturbinen verwendet werden, wie die Generatoren Solar Saturn 0,8 MW, Solar Spartan 0,2 MW oder Capstone 0,5 MW oder 0,3 MW. Es ist ersichtlich, dass erfindungsgemäße Systeme auch derart ausgelegt sein können, dass sie die Abgaswärme aus Kolbenmotoren, wie Benzin- oder Dieselgeneratoren, nutzen. Solche kleinen Systeme können an vorübergehenden Stellen verwendet werden, wie Rodeoplätzen, damit Strom erzeugt wird, der frische und alte Dung aufbereitet wird und ein Düngemittelprodukt hergestellt wird.
  • Der bei der Erfindung verwendete Trockenbehälter kann jeder Typ oder jede Bauweise sein, die sich zum Trocknen des verfügbaren Dung-Ausgangsmaterials eignet und für die Aufnahme der Gasturbinenabgase und die Aufnahme des Dung-Ausgangsmaterials ausgelegt werden kann, ohne dass eine erhebliche Menge Außenluft in die Trockenkammer des Trockenbehälters eindringen kann, in der die Abgase mit dem Dung-Ausgangsmaterial in Kontakt kommen. Das Ziel der Gestaltung der Verbindung zwischen Gasturbinenauslass und Trockenbehälter ist für die Zwecke der Erfindung, dass das Eindringen jeglicher signifikanter Außenluft in den Trockenbehälter verhindert wird. Dies trägt dazu bei, eine signifikante Oxidation des Dung-Ausgangsmaterials zu verhindern. Wie bereits ausgeführt, ist dies bevorzugt, damit organische Substanz, Kohlenstoff- und/oder Nährwerte, die in dem Dung-Ausgangsmaterial enthalten sind, erhalten werden, damit Feuer verhindert wird und ein sicherer Betrieb bereitgestellt wird. Wie bei der Erfindung verwendet, ist es bevorzugt und es wird erwartet, dass die Turbine bei einem herkömmlichen Verhältnis zwischen Kraftstoff und Verbrennungsluft betrieben wird, so dass die effizienteste Abgastemperatur (EGT) für den Trockenbehälter erzeugt wird und in den Trockenbehälter eintretende Gase produziert werden, die ein Mindestmaß an freiem Sauerstoff enthalten. Der Fachmann erkennt aus der Offenbarung der Erfindung, dass andere Quellen für Heißgase als eine Gasturbine verwendet und mit dem Trockenbehälter verbunden werden können, wie das Abgas von herkömmlichen Öl- oder Gasbrennern und Kolbenmotoren, vorausgesetzt, dass sie unter herkömmlichen Verbrennungsverhältnisbedingungen betrieben werden, damit im Abgas der freie Sauerstoff minimiert wird, oder in einem stöchiometrischen Verhältnis, damit es keinen freien Sauerstoff gibt, und mit dem Trockenbehälter derart verbunden sind, dass Außenluft nicht signifikant in den Trockenbehälter eindringen kann, so dass eine signifikante Oxidation des Ausgangsmaterials verhindert wird. Natürlich kann eine solche alternative und zusätzliche Quelle für Heißgase gegebenenfalls mit dem erfindungsgemäßen Trockenbehälter verbunden und dazu verwendet werden, den Abgasausstoß der Gasturbine zu ergänzen, so dass eine zusätzliche Wärmeeingabekapazität für den Trockenbehälter bereitgestellt wird, wird diese für die Aufnahme des Betriebs, für die Abschaltung oder unter Einschaltstoßbedingungen oder als Sicherungssystem, falls sich die Gasturbine abschaltet, benötigt.
  • Man erkennt, dass beim erfindungsgemäßen Betrieb nicht die gesamte Außenluft ausgeschlossen werden kann und eine Oxidation des Dung-Ausgangsmaterials nicht vollständig ausgeschlossen werden kann, hauptsächlich aufgrund der Luft, die in dem Dung-Ausgangsmaterial enthalten und darin eingeschlossen ist, der Luft, die in der in dem Dung-Ausgangsmaterial enthaltenen Feuchtigkeit gelöst ist, und von überschüssiger Luft, die in den Turbinenabgasen in Zeiträumen enthalten sein kann, in denen kein stöchiometrisches Verhältnis zwischen Kraftstoff und Luft erreicht wird. Außerdem kann in einigen Fällen Sauerstoff aus den organischen und anderen Materialien erzeugt oder freigesetzt werden, die in dem Dung-Ausgangsmaterial enthalten sind, wenn die thermische Behandlung und Umwandlung erfolgt und diese Materialien zersetzt oder umwandelt. Daher werden die hier verwendeten Begriffe, die sich auf "Verhindern des Eindringens von Luft", "ohne signifikante Oxidation" und dergleichen beziehen, in dem obigen Betriebszusammenhang und mit dem Verständnis und der beabsichtigten Bedeutung verwendet, dass die Luft oder der Sauerstoff, die in das System als Teil des Dung-Ausgangsmaterials oder der Abgase eindringen oder durch den thermischen Umwandlungsprozess produziert werden, nicht ausgeschlossen werden sollen und dass die Oxidation, die infolge dieser mit dem Dung-Ausgangsmaterial in das System eindringenden Luft auftreten kann, nicht verhindert werden soll. Ein derartiges Ausmaß an Oxidation wird jedoch im Umfang, im Kontext und in der Praxis der Erfindung oder der Bedeutungen dieser Begriffe, wie hier verwendet, als nicht signifikant angesehen. Ebenso bedeutet der hier verwendete Begriff "ohne signifikante Pyrolyse", dass nicht mehr als ein unerheblicher Anteil des Dung-Ausgangsmaterials pyrolysiert wird, z. B. wie im U.S.-Patent 6,039,774 . Pyrolyseprodukte sind bei den erfindungsgemäßen Verfahren und Produkten unerwünscht, und die erfindungsgemäßen Verfahren und die erfindungsgemäße Ausrüstung werden derart betrieben, dass das gewünschte Trocknen des Dung-Ausgangsmaterials und die gewünschte Umwandlung und Zerstörung von verschiedenen Dung-Ausgangsmaterialkomponenten, wie Pestiziden, Prionen, Organismen, Samen usw., erreicht wird, aber sie werden derart betrieben, dass eine signifikante Oxidation und vorzugsweise eine signifikante Pyrolyse verhindert wird oder Oxidation und Pyrolyse zumindest minimiert werden. Anhand der vorliegenden Offenbarungen wird für den Fachmann ersichtlich, dass die Abgastemperaturen, die Kontaktzeiten und/oder Verweilzeiten im Trockenbehälter, der Feuchtigkeitsgehalt der Feststoffe und der Dampfphase im Trockenbehälter und andere Variablen für die Verarbeitung eines bestimmten Dung-Ausgangsmaterials geregelt werden müssen, damit die erwünschten Ergebnisse erzielt werden und der Nährwert in den Endprodukten maximiert wird.
  • In den Zwischenräumen zwischen den Partikeln eines trockenen oder feuchtigkeitsarmen Dung-Ausgangsmaterials ist wahrscheinlich mehr Luft eingeschlossen als in einem feuchten Dung-Ausgangsmaterial oder einem Dung-Ausgangsmaterial mit hohem Feuchtigkeitsgehalt. Die Beseitigung dieser eingeschlossenen Luft aus dem trockenen Dung-Ausgangsmaterial, bevor sie in den Trockenbehälter eingebracht wird, kann allgemein nicht ökonomisch durchführbar sein. Angesichts bestimmter Aspekte des Betriebs der Erfindung ist es jedoch oft zu bevorzugen, wenn Dung-Ausgangsmaterial mit hohem Feuchtigkeits- und kleinem Luftgehalt verwendet wird, und es kann bevorzugt sein, vor der Verarbeitung in den erfindungsgemäßen Systemen Wasser zu einem trockenen Dung-Ausgangsmaterial hinzu zugeben, so dass die Luft daraus verdrängt wird. Vorzugsweise minimiert man das Einbringen von Luft und Sauerstoff in den Trockenbehälter, damit eine signifikante Oxidation der Nährstoffkomponenten des Ausgangsmaterials verhindert wird, sowie anderer Bestandteile des Ausgangsmaterials, wie Stroh, Staub usw., die zu einer Feuer- oder Sicherheitsgefahr werden können, wenn überschüssige Luft oder Sauerstoff sich in dem Trockenbehälter befinden würden.
  • Das Ausschließen der Außenluft ist auch hinsichtlich der ökonomischen Effizienz bevorzugt, weil das Erhitzen von überschüssiger Außenluft zusammen mit dem Erhitzen des Dung-Ausgangsmaterials die Effizienz des Verfahrens verringert. In einigen Fällen, in denen das Dung-Ausgangsmaterial einen sehr niedrigen Feuchtigkeitsgehalt hat oder für den bevorzugten erfindungsgemäßen Betrieb zu trocken ist, kann Wasser zu dem Ausgangsmaterial, zum Turbinenabgas, zum Turbineneinlass oder zum Trockenbehälter gegeben werden, damit der Feuchtigkeitsgehalt im Trockenbehälter auf ein Ausmaß für einen effizienten Betrieb erhöht wir und damit ein Feststoffmaterial aus dem Trockenbehälter mit einem gewünschten Feuchtigkeitsgehalt und gewünschten selbstbindenden Eigenschaften produziert wird. Die Zugabe von Wasser zu einem trockenen Dung-Ausgangsmaterial und anschließendes Mischen, Kneten oder Pressen, wie beim Schwadenmischen und -pressen mit einer Walze, kann auch dazu dienen, dass Luft aus dem Ausgangsmaterial gedrängt wird, bevor es in den Trockenbehälter eingebracht wird. Bei sehr trockenen Dung-Ausgangsmaterialen kann Wasser als ein Verfahrenshilfsstoff angesehen wird, der vor dem Einbringen in den Trockenbehälter zugegeben wird.
  • Man erkennt, dass der Betrieb des Trockenbehälters normalerweise dazu dient, das Dung-Ausgangsmaterial zu trocknen oder seinen Feuchtigkeitsgehalt zu verringern, er dient aber auch dazu, die Hochtemperaturerwärmung des Dung-Ausgangsmaterials zu erzielen, damit ungewünschte Bestandteile umgewandelt oder zerstört werden und eine chemische oder thermische Veränderung in dem Ausgangsmaterial erreicht wird, so dass die im Endprodukt gewünschten Binde- und Teilchenhärteprofile bereitgestellt werden. Wie erwähnt, ist ein wichtiger Aspekt der Erfindung die thermische Umwandlung der verschiedenen Bestandteile des Dung-Ausgangsmaterials ohne signifikante Oxidation durch Außenluft. Aufgrund der zahlreichen und unterschiedlichen speziellen Bestandteile der Dung-Ausgangsmaterialen ist nicht eindeutig geklärt, welche spezifischen chemischen Reaktionen bei den verschiedenen thermischen Umwandlungen stattfinden, und die Anmelder möchten sich nicht an spezifische Theorien oder Spekulationen in dieser Hinsicht binden. Es wurden jedoch bestimmte Beobachtungen gemacht, und das Verständnis der folgenden Beobachtungen versetzt den Fachmann weiter in die Lage, die Erfindung wirksam und effizient auszuführen.
  • Zuerst erfolgt die thermische Umwandlung und Zerstörung unerwünschter Komponenten, wie Organismen, Chemikalien usw., wie in der Offenbarung an anderer Stelle erläutert. Zweitens erfolgt die thermische, chemische oder physikalische Umwandlung der organischen Substanz (Tierabfall, Stroh, Streu, usw.) in dem Dung-Ausgangsmaterial, die es im Wesentlichen selbstbindend macht und es ermöglicht, dass das thermisch behandelte oder umgewandelte Ausgangsmaterial ohne Zugabe von Bindemitteln oder ähnlichen Materialien zu Pellets, Granulaten oder Prillgranalien mit hoher physikalischer Festigkeit geformt werden kann. Bei der Durchführung der Erfindung können zwar herkömmliche Bindemittel zur Herstellung pelletierter, granulierter oder geprillter Düngemittel verwendet werden, aber vorzugsweise wird bei derartigen Temperaturen und Verweilzeiten für die thermische Behandlung gearbeitet, dass ein Material produziert wird, das selbstbindend ist und ohne Zugabe von Bindemitteln pelletiert/granuliert/geprillt werden kann. Wird die organische Substanz in dem Ausgangsmaterial chemisch verändert und/oder thermisch umgewandelt, ähnlich wie beim "Kochen", wird angenommen, dass sie in gewissem Ausmaß Liganden, Cellulose, Stärke, Kohlenhydrate usw. in Materialien umwandelt, die im Endprodukt als Bindemittel wirken können. Dies liefert ein derartiges Bindungsprofil, dass ein Endprodukt mit derartigen Partikelfestigkeiten und rieselfähigen, nicht zusammenballenden und nichtbröckelnden Eigenschaften möglich wird, dass es für herkömmliche Trocken-Düngemittel-Handhabungs- und Anwendungsausrüstung geeignet ist. Dung-Ausgangsmaterialen mit einem Bereich von einem sehr hohen bis zu sehr niedrigen Anteil an vorhandenem Tierabfall können in selbstbindende Materialien umgewandelt werden, die Pellet-, Granulat- oder Prillgranalienprodukte mit guter Festigkeit bilden, ohne dass zusätzliche Bindemittel hinzugefügt werden. Natürlich können, wenn gewünscht, zusätzliche Bindemittel zugegeben werden, um die Festigkeitseigenschaften von einem der erfindungsgemäßen Endprodukte zu verbessern. Zudem können einige produzierte Materialien, welche einen niedrigen Nährwert, aber einen hohen Gehalt an organischer Substanz aufweisen, und als Bodenverbesserer oder Bodenaufbaustoffe geeignet sind, entsprechend verarbeitet werden, damit geeignete Pellet-, Granulat- oder Prillgranalienprodukte hergestellt werden. Drittens erkennt man, dass bei einigen Arbeitsschritten der Verarbeitung eines Dung-Ausgangsmaterials mit sehr niedrigem Feuchtigkeitsgehalt eventuell keine signifikante Trocknung erfolgen kann, d. h. der Feuchtigkeitsgehalt des Ausgangsmaterials, das in den Trockenbehälter kommt, kann im Wesentlichen der gleiche sein wie bei dem Material, das aus dem Trockenbehälter austritt, so dass der Trockenbehälter im Wesentlichen als Ofen wirkt. In diesem Fall ist die wichtige stattfindende Verarbeitung die thermische Behandlung oder Umwandlung und/oder die chemische Veränderung (das "Kochen") mindestens eines Teils der in dem Ausgangsmaterial vorhandenen organischen Substanz, so dass das produzierte Material hinreichend selbstbindend sein kann, damit ein fertiges Pellet-, Granulat- oder Prillgranalienprodukt mit den geeigneten Bindungs-, Agglomerations-, Härte, Antiback-, Nichtbröckel-, Nichtstaub-, Riesel- und Feuchtigkeitstoleranz-Profilen bereitgestellt wird. Wiederum können gegebenenfalls Bindemittel zugegeben werden, damit die Festigkeitseigenschaften des Endproduktes bei Bedarf erhöht werden.
  • Die Trockenbehältertypen, die bei der Erfindung verwendet werden können, sind zum Beispiel eine Trockentrommel mit oder ohne innere Schaber, Rührplatten und/oder -paddel, stationäre "Igel"-Trommeltrockner mit oder ohne Schaber und/oder Rührplatten und/oder -paddel, und andere, die dem Fachmann geläufig sind. Beispiele für kommerziell erhältliche Trockenbehälter, die für die Erfindung geeignet sind oder an die Verwendung bei der Erfindung angepasst werden können, sind u. a. Scott AST DryerTM-Systeme, Simon Dryer Ltd.-Trommeltrockner, Wyssmont-Turbotrocknersysteme und Trockner von Duske Engineering Co., Inc. Weitere Beispiele für Trockenbehälter, die für die Erfindung geeignet sind oder an die Verwendung bei der Erfindung angepasst werden können, sind in den U.S.-Patenten 5,746,006 von Duske et al. und 5,570,517 und 6,367,163 von Luker offenbart, deren Offenbarungen hier vollinhaltlich durch Bezugnahme aufgenommen sind.
  • Wie bereits erwähnt, wirkt der "Trockenbehälter" nicht notwendigerweise immer hauptsächlich als Trockner zur Entfernung von Feuchtigkeit aus dem Dung-Ausgangsmaterial in dem erfindungsgemäßen System. Der Trockenbehälter wirkt auch als Wärmebehandlungs-/Umwandlungs-/Veränderungsbehälter oder -ofen, in dem das Dung-Ausgangsmaterial auf genügend hohe Temperaturen für ausreichende Zeiten erwärmt wird, dass die gewünschten Endmaterialien und -produkte, wie hier offenbart, erzeugt werden. Außerdem muss der Trockenbehälter keinen direkten Kontakt zwischen den Turbinenabgasen oder einer anderen Wärmequelle und dem Dung-Ausgangsmaterial bereitstellen. Er kann jedoch das Dung-Ausgangsmaterial indirekt erwärmen, wodurch das erfindungsgemäß gewünschte Trocknen und/oder die Wärmebehandlung/Umwandlung/Veränderung erreicht werden. Beim direkten oder indirekten Erwärmen kann das System derart gesteuert werden, dass keine signifikante Oxidation und keine signifikante Pyrolyse des Dung-Ausgangsmaterials erfolgt.
  • Ein weiterer Aspekt des an die Verwendung bei der Erfindung angepassten Trockenbehälters ist, dass der Trockenbehälter vorzugsweise auch als Schalldämpfer oder Dämpfer für die Gasturbine oder einen anderen Motor dient, der die heißen Abgase erzeugt. Bekanntlich erzeugen Gasturbinen (im Wesentlichen Düsenflugzeugmotoren) eine große Lärmbelastung der nahen Umgebung. Für stationäre Gasturbinen, die zur Stromerzeugung oder für andere Zwecke verwendet werden, wird gewöhnlich durch örtliche, staatliche oder Bundesgesetze ein Schalldämpfer gefordert, der zur Dämpfung des Lärms des Ausstoßes der Gasturbine auf annehmbare Pegel installiert werden muss. Diese Schalldämpfer sind hinsichtlich der Kosten ökonomisch von Nachteil und erzeugen einen Staudruck auf das Gasturbinenabgas, der die Effizienz des Gasturbinenbetriebs verringert. Aufgrund der Verbindung zwischen dem Gasturbinenausstoß und dem Trockenbehälter, die vorzugsweise gegenüber der Außenluft abgeschlossen ist, bietet die Erfindung den Vorteil, dass der Trockenbehälter wirksam als Schalldämpfer für die Gasturbine dient. Dies ist zumindest teilweise das Ergebnis der inneren Bauweise des Trockenbehälters, der bei einem Dung-Ausgangsmaterial mit hohem Wassergehalt arbeitet, wobei diese Kombination die Lautstärke des Gasturbinenausstoßes wirksam absorbiert und dämpft. Dies beruht auch darauf, dass das stromabwärts gelegene Ende des Trockners ebenfalls luftdicht abgeschlossen ist, weil Dampf und Abgase vom Trockenbehälter für die Kondensation, Reinigung, Rezyklierung und zur Wärmerückgewinnung bei der stromabwärts folgenden Verarbeitung in einem geschlossenen System gesammelt werden, bevor sie in die Atmosphäre ausgestoßen werden. Für den Fachmann ist ersichtlich, dass die Möglichkeit zum Ablassen an verschiedenen Punkten im Verfahren und im Ausrüstungssystem wünschenswert sein kann, damit Ein- und Ausschalten, Störung oder Ausgangsmaterial-Variabilität angepasst werden können, aber normalerweise wird es als geschlossenes System betrieben, aus dem nur das Endprodukt entnommen und Reingas abgelassen wird. Das Turbinenabgas kann gegebenenfalls teilweise oder vorübergehend komplett auf andere, stromabwärts gelegene Einheiten umgeleitet werden, wobei der Trockenbehälter umgangen wird, wenn es als ergänzende Wärme in anderen Verfahrenseinheiten oder zum Ein- und Ausschalten oder für eine Störung benötigt wird.
  • Die Erfindung liefert den weiteren Vorteil, dass der Dampf und die Abgase am Auslassende des Trockenbehälters mit einem geeigneten Gebläse, Ventilationsgebläse usw. entzogen werden können. Dadurch werden der Druck am stromaufwärts gelegenen Einlass des Trockenbehälters sowie der Staudruck auf den Turbinenausstoß reduziert. Dies erhöht und ermöglicht die Effizienz des Gasturbinenbetriebs, weil die Verbindung zwischen dem Gasturbinenauslass und dem Trockenbehälter nicht zur Außenluft offen ist. Selbstverständlich kann das kommerzielle Systemdesign eine Entlüftung oder sogar einen herkömmlichen Schalldämpfer beinhalten, die über ein T-Stück oder eine andere Bauweise in die Verbindung zwischen dem Gasturbinenauslass und dem Trockenbehälter einmünden, und die während des Ein- und Ausschaltens oder beim Störungsbetrieb verwendet werden. Sie werden jedoch bei der normalen Betriebsbauweise für das erfindungsgemäße Verfahren und das erfindungsgemäße Gerät, wie oben beschrieben, nicht eingesetzt. Damit die beste Effizienz des erfindungsgemäßen Betriebs erreicht wird, hat die Verbindung zwischen dem Gasturbinenauslass und dem Trockenbehälter vorzugsweise keine Verengungen, damit die Abgase dem Trockenbehälter mit minimalem Wärme- und Energieverlust zwischen der Gasturbine und dem Trockenbehälter zugeführt werden können. Aus der Offenbarung ist zudem ersichtlich, dass der Betrieb eines Gasturbinengenerators vorzugsweise geregelt wird, damit man optimale Effizienz oder Ökonomie beim Trocknen, bei der thermischen Umwandlung, chemischen Veränderung und anderen Verfahrensanforderungen erhält, die vielleicht nicht die optimalen oder besten Gasturbinenbetriebsbedingungen zur Stromerzeugung sind. Stromerzeugung ist ein Kostenrückgewinnungsstrom für das System, aber die Gesamtökonomie des erfindungsgemäßen Betriebs kann unter Gasturbinenbetriebsbedingungen besser sein, die für einen effizienten Trockenbehälterbetrieb und die Produktion von Produkten mit gewünschten Eigenschaften stromabwärts einen optimalen Abgasausstoß begünstigen und die Stromerzeugung nicht begünstigen. Die Ermittlung dieser Betriebsbedingungen für eine bestimmte erfindungsgemäße Anlage ist für den Fachmann anhand der erfindungsgemäßen Lehren ersichtlich. Gasturbinenregelsysteme dieses Typs sind in der gemeinsam abgetretenen, gleichzeitig angemeldeten U.S.-Patentanmeldung mit der laufenden Nr. 10/894,645, eingereicht am 19. Juli 2004, offenbart, deren Offenbarung hier durch Bezugnahme vollinhaltlich aufgenommen ist.
  • Ein weiterer Vorteil, den die Erfindung bereitstellt, ergibt sich aus dem Kontakt des Gasturbinenabgases mit dem Dung-Ausgangsmaterial in dem abgeschlossenen Raum des Trockenbehälters, ohne dass signifikante Außenluft zugegen ist. Die NOx- und SOx-Emissionen und in gewissem Ausmaß die CO- und CO2-Emissionen im Gasturbinenabgas werden erheblich verringert und in einigen Fällen auf Null gesenkt, indem die NOx- und SOx-Bestandteile in dem Dung-Ausgangsmaterial absorbiert oder komplexiert werden, in dem sie in dem Düngemittelmaterial, das aus dem Trockenbehälter kommt, und in dem Düngemittelprodukt nach der Verarbeitung in eine Granulat-, Pellet- oder Prillgranalien- oder andere Form absorbiert, komplexiert oder fixiert bleiben. Dies liefert den doppelten Vorteil, dass die Emissionen an NOx und SOx (und CO/CO2) in die Atmosphäre gesenkt oder beseitigt werden und die Stickstoff-, Schwefel- und Kohlenstoffkomponenten zum Nährwert des Düngemittels hinzugefügt werden, das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und dem erfindungsgemäßen Gerät hergestellt wird.
  • Die Betriebsbedingungen und Verfahren für den Trockenbehälter sind für den Fachmann anhand der Lehren der erfindungsgemäßen Offenbarung ersichtlich. Die übliche Turbinenabgastemperatur beim Eintritt in den Trockenbehälter sind im Bereich von etwa 500°F bis etwa 1500°F, je nach dem Feuchtigkeits- und anderem Gehalt des Dung-Ausgangsmaterial und des gewünschten Zustands des Dünger- oder Bodenaufbaumaterials, das aus dem Trockenbehälter ausgegeben wird. Bei kleineren Systemen mit kleineren Motoren kann die Einlassabgastemperatur nur etwa 300°F oder etwa 350°F betragen. Ein bevorzugter Bereich ist von etwa 600°F bis etwa 1200°F, und stärker bevorzugt beträgt die Einlasstemperatur zumindest etwa 650°F und am stärksten bevorzugt zumindest etwa 700°F. Temperatur und Strömungsrate des Gases, das in den Trockenbehälter eintritt, hängen teilweise vom Feuchtigkeitsgehalt und anderen Eigenschaften des Dung-Ausgangsmaterials ab. Ein höherer Feuchtigkeitsgehalt erfordert offensichtlich in der Regel höhere Einlassgastemperaturen, so dass der Feuchtigkeitsgehalt kleiner wird. Man nimmt an, dass eine zusätzliche Effizienz in den erfindungsgemäßen Systemen erzielt wird, in denen ein Dung-Ausgangsmaterial mit hohem Feuchtigkeitsgehalt mit heißen Gasen zusammengebracht wird. Dieser Kontakt verursacht die manchmal sofortige Bildung von überhitztem Dampf, wenn die Feuchtigkeit aus dem Dung-Ausgangsmaterial austritt, dann erhitzt der überhitzte Dampf die Feuchtigkeit in benachbartem Dungausgangsmaterial und treibt sie aus. Man nimmt an, dass dieser Mechanismus für das schnelle Trocknen des Dung-Ausgangsmaterials auf einen kleinen Feuchtigkeitsgehalt verantwortlich ist, so dass die restliche Verweilzeit des Dung-Ausgangsmaterials im Trockenbehälter zu seiner gewünschten erfindungsgemäßen thermischen Behandlung/Umwandlung/Veränderung oder zu seinem "Kochen" beiträgt. Manche Dung-Ausgangsmaterialien brauchen niedrigere Temperaturen, aber längere Verweilzeiten, damit die Umwandlung oder das "Kochen" erzielt wird, die zur Herstellung eines Produkts mit selbstbindenden oder anderen gewünschten Eigenschaften benötigt werden, insbesondere, damit die "Bio-" Standards erfüllt werden. Die Temperatur des aus dem Trockenbehälter kommenden Düngemittel- oder Bodenaufbaumaterials liegt gewöhnlich im Bereich von etwa 150°F bis etwa 450°F und vorzugsweise zwischen etwa 200°F und etwa 350°F. Bei bestimmten Betrieben sollte die Temperatur des Düngemittel- oder Bodenaufbaumaterials am Ausgang des Trockenbehälters mindestens etwa 175°F und vorzugsweise mindestens etwa 200°F betragen.
  • Die Selbstbindungseigenschaften der erfindungsgemäßen Materialien und Produkte gehören zu den wichtigen bevorzugten Aspekten der Erfindung. Gegebenenfalls können zwar herkömmliche Bindemittel und Additive verwendet werden, damit gewünschte physikalische Festigkeitseigenschaften für die Granulate, Pellets oder Prillgranalien in gewünschten Gestalten und Formen bereitgestellt werden, jedoch sind die Betriebsbedingungen vorzugsweise derart, dass das Dung-Ausgangsmaterial gekocht und umgewandelt wird, wodurch ein selbstbindendes Produkt hergestellt wird. Diese Betriebsbedingungen hängen vom Feuchtigkeitsgehalt und dem Gehalt an organischer Substanz des Dung-Ausgangsmaterials ab, die in Bestandteile mit Bindungseigenschaften umgewandelt werden kann. Obwohl es noch nicht verstanden ist und man sich auch nicht an eine bestimmte Theorie binden möchte, wird angenommen, dass Stärke-, Protein-, Kohlenhydrat- und Zuckerbestandteile in glutenartige oder andere Materialien umgewandelt werden, die als Bindemittel wirken, und dass Bestandteile des Öl- und Ligandentyps polymerisiert werden und als Bindemittel wirken. In jedem Fall beinhalten die Betriebsbedingungen die Temperaturen der Abgase, die Kontaktzeit zwischen dem Dung-Ausgangsmaterial und den Abgasen, und die Verweilzeit der Dung-Ausgangsmaterialfeststoffe im Trockenbehälter bei höheren Temperaturen. Diese Bedingungen bestimmen die Temperatur, auf die die Feststoffe gebracht werden müssen und die Zeitspanne, für die die Feststoffe den höheren Temperaturen ausgesetzt werden. Diese Temperatur ist möglicherweise keine konstante Temperatur für einen bestimmten Feststoffzuwachs, sondern kann ein Temperaturprofil sein, das über einen Zeitraum auf ein Maximum ansteigt, dann über einen Zeitraum abnimmt oder schnell abnehmen kann, wenn die Trockenbehälterausgabe am Ausgang gequencht wird. Optimale Bedingungen, mit denen ein optimales selbstbindendes Produkte erreicht wird, können für ein bestimmtes Dung-Ausgangsmaterial anhand der Offenbarung ermittelt werden.
  • Wie hier verwendet betrifft und bedeutet der Begriff "Düngemittelmaterial" das getrocknete Dung-Ausgangsmaterial, das in dem Trockenbehälter produziert wird, indem der Feuchtigkeitsgehalt des Dung-Ausgangsmaterials von einem bestehenden Wert auf einen niedrigeren Wert erfindungsgemäß reduziert wird und/oder indem die hier aufgeführten chemischen Veränderungen und Umwandlungen erzielt werden. Das "Düngemittelmaterial" wird als Zwischenprodukt angesehen, das sich zur weiteren Verarbeitung zu einem fertigen Düngemittelprodukt eignet, das sich für den Verbraucher, kommerziellen oder industriellen Gebrauch eignet. Gewöhnlich wird das Düngemittelmaterial aus dem Trockenbehälter verarbeitet durch Mahlen, so dass man ein Pulver oder Mehl erhält, gefolgt von Granulieren, Pelletieren oder Prillen des Pulvers oder Mehls zur Produktion des fertigen Düngemittelproduktes oder Bodenaufbauproduktes, das sich für eine trockene Aufbringung in einem Ackerbaubetrieb eignet. Das Düngemittelmaterial kann ebenfalls gemahlen oder sonst wie pulverisiert und in einen Schlamm oder ein anderes flüssiges oder pumpbares Düngemittelprodukt umgewandelt werden, das auf den Boden oder in einem Ackerbaubetrieb in feuchter Form aufgebracht werden kann oder auf Hügel oder Felsen bei Sanierungs- oder Aussaatanwendungen, wie Hydro-Mulching, Hydro-Seeding und Hydro-Sprigging mittels Druck aufgebracht werden kann, oder das zum Beschichten von Samen für solche Verwendungen oder für Drillmaschinen oder Luftbepflanzung eingesetzt werden kann. Entsprechend kann das Material, das der Trockenbehälter produziert, gegebenenfalls derart verarbeitet werden, dass man ein ähnliches Produkt erhält wie natürlicher Torf, das aber gewöhnlich einen höheren Gehalt (um 20%, 30%, 40%, 50% oder 60% oder mehr) an organischer Substanz hat und einen niedrigeren Feuchtigkeitsgehalt als natürlicher Torf hat. Ist das Dung- Ausgangsmaterial partiell oder überwiegend biologisch umgewandelt, kann das vom Trockenbehälter produzierte Material noch zu einem torfartigen Produkt umgeformt werden, das sich als Bodenaufbauprodukt eignet. Obwohl ein solches Produkt nicht so einen hohen Nährwert aufweist, hat es wie bereits erwähnt einen hohen Gehalt an organischer Substanz. Der Rohausgang aus dem Trockenbehälter, unabhängig davon, ob es ein frisches oder biologisch umgewandeltes Ausgangsmaterial ist, kann das fertige Düngemittel- oder Bodenaufbauprodukt sein, das zu Ballen verpackt oder in einer zur Verwendung bei verschiedenen Landwirtschaft- und Landschaftsbetrieben gewünschten oder geeigneten Form verpackt wird. Es kann beispielsweise zur Verwendung bei der Erosionsbekämpfung an Baustellen zu langen "schlangenförmigen" Rollen geformt werden, die Strohschlangenrollen ähneln. Solche Rollen aus den erfindungsgemäßen Materialien sind genauso effizient bei der Erosionsbekämpfung wie Strohrollen, aber aufgrund des höheren Nährstoffgehalt und/oder Gehalts an organischer Substanz gegenüber Stroh fördern und ermöglichen diese Rollen ein früheres und stärkeres Pflanzenwachstum an dieser Stelle, so dass der Erosion standgehalten wird, nachdem die Rollen zerfallen sind und nicht mehr effizient sind. Das Material aus dem Trockenbehälter kann ebenfalls mit Bindemitteln vereinigt werden, wie flüssigem Harnstoff, so dass man ein Produkt für den Gebrauch in der Landwirtschaft erhält. Wie hier verwendet betreffen "Düngemittelmaterial" und "Düngemittelprodukt" Materialien und Produkte, die höhere pflanzennutzbare Nährwerte aufweisen (die gewöhnlich aus frischem Dung-Ausgangsmaterial bestehen). "Bodenaufbaumaterial" und "Bodenaufbauprodukte" sollen zudem Materialien und Produkte betreffen, die niedrigere pflanzennutzbare Nährwerte besitzen (die gewöhnlich aus biologisch umgewandeltem Dung-Ausgangsmaterial oder einem Ausgangsmaterial bestehen, das einen niedrigen Dunggehalt aufweist und einen hohen Gehalt an anderen Substanzen hat, wie Stroh, Nistmaterial usw.), die aber trotzdem einen hohen Gehalt an organischer Substanz haben, das als Bodenverbesserer, Bodenaufbaumaterial oder Bodenergänzung vorteilhaft ist. Man geht davon aus, dass diese Materialien oder Produkte mit anderen Materialien oder Chemikalien gemischt werden können, wie an anderer stelle hier offenbart. Man beachte, dass die Produkte, die von den Systemen der vorliegenden Erfindung erzeugt werden, zwar für den Gebrauch als Düngemittel und Bodenaufbaumaterial bevorzugt sind, aber auch als Kraftstoff für die Wärme- oder Stromerzeugung verwendet werden können. Örtliche Ökonomien bestimmen den Endgebrauch des Materials, das aus dem Trockenbehälter produziert wird, oder des Endproduktes, das aus dem erfindungsgemäßen System produziert wird.
  • Wie hier verwendet, betreffen der Begriff "Granulat", "Granulieren" und dergleichen jede granuläre Form des von der Erfindung hergestellten Materials oder Produkts, einschließlich herkömmlicher Granulate, Pulver, Stäube, Krümel und dergleichen, die durch herkömmliche Granulierungsverfahren und -ausrüstung produziert werden, einschließlich Zerbrechen oder Zerkrümeln zuvor hergestellter Pellets oder Prillgranalien. Die Begriffe "Pellets", "Pelletieren" und dergleichen betreffen jede Pelletform der von der Erfindung hergestellten Materialien oder Produkte, einschließlich zylindrischer, Kugel-, sphärischer oder anderer Gestalt, die üblicherweise durch herkömmliche Pelletierverfahren und -ausrüstung hergestellt werden, beispielsweise durch Extrudieren eines Schlamms oder einer Paste und Schneiden, Hacken oder Brechen des Extrudats in die gewünschte Größe. Die Begriffe "Prillgranalie", "Prillen" und dergleichen betreffen jede Prillform der von der Erfindung hergestellten Materialien oder Produkte, die durch herkömmliche Pelletierverfahren und -ausrüstung hergestellt werden, einschließlich Sprühturmverfahren, Gefriertrocknungsverfahren usw.
  • Ein Extrusionspelletierer gehört zu den bevorzugten Verfahrenseinheiten für die Verwendung in Verbindung mit oder als Teil der Erfindung, weil er die Selbstbindungseigenschaften des im Trockenbehälter produzierten Materials nutzt und weil er unter Temperatur- und Druckbedingungen betrieben werden kann, die das "Kochen" des Materials bereitstellen oder weiter dazu beitragen können, so dass die grundlegenden und/oder verstärkten Selbstbindungseigenschaften des erfindungsgemäßen Produkts erzeugt werden. Bei einem typischen Betrieb kann das Pulver oder Mehl aus der Mahleinheit mit genügend Dampf oder Wasser gemischt werden, zum Beispiel mit Dampf oder kondensiertem Wasserdampf aus dem Trockenbehälter, dass ein Material gebildet wird, das bei hohem Druck und hoher Temperatur unter Bildung von Pellets oder anderer Formen extrudiert werden kann. Die Temperaturen im Extrusionspelletierer können von Heizschnecken, -düsen oder -trommeln oder aus der Energie einer Hochdruckkompression stammen. In jedem Fall wird das extrudierfähige Material bei dem Verfahren auf eine hohe Temperatur erhitzt. Man nimmt an, dass bei bestimmten Dung-Ausgangsmaterialien die hohe Temperatur und der hohe Druck im Extruder-Pelletierer bestimmte Bestandteile in dem Material weiter "kochen" oder umwandeln und zusätzliche oder stärkere Selbstbindungseigenschaften des erhaltenen pelletierten, granulierten oder geprillten Produkts liefern oder dazu beitragen können. Übliche Betriebsbedingungen für den Exrtrusionspelletierer sind ein extrudierfähiges Material mit einem Feuchtigkeitsgehalt von bis zu etwa 20 Gew.-% oder mehr, je nach der eingesetzten Extruderausrüstung.
  • Die Extrudertemperaturen und der Extruderdruck sind wie normalerweise in herkömmlicher Extruderausrüstung verwendet. Je nach dem verarbeiteten Dung-Ausgangsmaterial und den gewünschten Eigenschaften des hergestellten Produkts können offensichtlich andere Betriebsbedingungen eingesetzt werden. Die hergestellten Pellets können getrocknet werden, so dass der Feuchtigkeitsgehalt auf ein Niveau gesenkt wird, das zur stabilen Produktlagerung geeignet ist, z. B. auf etwa 10 Gewichtsprozent. Die an diesem Punkt des Verfahrens entfernte Feuchtigkeit kann rezykliert und in anderen Schritten und Verfahren der erfindungsgemäßen Systeme, wie hier offenbart, genutzt werden.
  • Das Dung-Ausgangsmaterial hat üblicherweise einen Feuchtigkeitsgehalt zwischen etwa 50 und etwa 90 Gewichtsprozent, vorzugsweise zwischen etwa 60 und etwa 80 Gewichtsprozent und am stärksten bevorzugt zwischen etwa 65 und etwa 75 Gewichtsprozent. (Gewichtsprozent, wie hier verwendet, bezieht sich auf Prozent des fraglichen Bestandteils, bezogen auf das Gesamtgewicht des angesprochenen Gemischs.) Es kann aber Dung-Ausgangsmaterial mit kleinerem Feuchtigkeitsgehalt, zum Beispiel nur etwa 40 Gewichtsprozent oder sogar nur etwa 30 Gewichtsprozent, mit der Erfindung verarbeitet werden. Das bevorzugte Dung-Ausgangsmaterial hat einen Feuchtigkeitsgehalt von mindestens etwa 50 Gewichtsprozent, stärker bevorzugt mindestens etwa 60 Gewichtsprozent und am stärksten bevorzugt mindestens etwa 70 Gewichtsprozent. Hat das Dung-Ausgangsmaterial einen hohen Feuchtigkeitsgehalt in diesem Bereich, erhält man Verarbeitungsvorteile durch die im Wesentlichen sofortige Produktion von Dampf und überhitztem Dampf am Einlass des Trockenbehälters, an dem die Abgase bei 1000°F mit dem sehr feuchten Dung-Ausgangsmaterial bei Atmosphären- oder Subatmosphärendruck zusammenkommen. Der so erzeugte Dampf oder überhitzte Dampf trägt zum Trocknen, Kochen und zur Umwandlung benachbarter oder naher und stromabwärts befindlicher Partikel des Dung-Ausgangsmaterials bei, wodurch die Effizienz des Verfahrens erhöht wird. Vorzugsweise wird beim Betrieb des erfindungsgemäßen Verfahrens und erfindungsgemäßen Geräts das Dung-Ausgangsmaterial unter Chargen oder verschiedenen Anteilen (oben, unten, innen, außen) der gleichen Chargen gemischt, so dass gleichmäßige Dung-Ausgangsmaterialseigenschaften erhalten werden. Diese bevorzugte Vorbereitung ermöglicht die Produktion eines gleichmäßigeren Materials aus dem Trockenbehälter und vereinfacht die Regelung der Verfahrensschritte. Die Temperatur des Dung-Ausgangsmaterials ist üblicherweise Umgebungstemperatur, d. h. im Bereich von etwa 30°F bis etwa 100°F, kann aber kleiner als 30°F sein, vorausgesetzt, dass gefrorene Agglomerate die Ausgangsmaterialvorbereitung oder den Betreib des Trockenbehälters und der Ausgangsmaterialzuführausrüstung nicht behindern. Das Dung-Ausgangsmaterial hat zwar vorzugsweise eine niedrige Temperatur, damit die Kompostierung oder biologische Umwandlung der Nährstoffe vor der erfindungsgemäßen Verarbeitung reduziert oder verhindert wird, jedoch kann es vorteilhaft für die Verfahrensökonomie oder für die Durchsatzkapazität sein, wenn das Dung-Ausgangsmaterial vor dem Einbringen in den Trockenbehälter vorgewärmt wird. Das Vorwärmen des Ausgangsmaterials erfolgt vorzugsweise kurz vor der erfindungsgemäßen Verwendung, so dass Kompostierung und biologische Umwandlung auf einem Minimum gehalten werden. Das Vorwärmen des Ausgangsmaterials kann auf jede gewünschte Weise erfolgen, wie mittels Wärmeaustauscher, Solarbeheizung, heizbaren Förderbändern oder Schnecken oder durch heizbare Betonplatten im Abtrennungs- und Ausgangsmaterialvorbereitungsbereich.
  • Die Kontaktzeit zwischen den Turbinenabgasen und dem Dung-Ausgangsmaterial wird durch mehrere Variablen bestimmt, einschließlich des Feuchtigkeitsgehalts des Ausgangsmaterials, des im Trockenbehälterausgabematerial gewünschten Feuchtigkeitsgehalts, der gewünschten chemischen Veränderung/Umwandlung, des Volumens und der Temperatur der Abgase, die in den Trockenbehälter eintreten, und anderer Faktoren. Die Kontaktzeit wird so reguliert, dass nicht nur das gewünschte Trocknen erhalten wird, sondern auch die Partikel der Dung-Ausgangsmaterialfeststoffe auf genügend hohe Temperaturen gebracht werden, dass die in dem Ausgangsmaterial vorhandenen unerwünschten Bestandteile, wie Organismen, Mikroorganismen, Samen, Pestizide, Antibiotika, Hormone, Prionen, Viren und dergleichen, genügend zerstört oder in harmlose Formen umgewandelt werden, ist diese Umwandlung oder Zerstörung erwünscht, und ein selbstbindendes Produkt erzeugt wird, wenn gewünscht. Die tatsächlich von den Partikeln erreichte Temperatur muss nicht bestimmt werden, solange das gewünschte Ausmaß an Bestandteilzerstörung und -umwandlung, das gewünschte Ausmaß an Selbstbindungs- oder anderen gewünschten Eigenschaften erzielt werden. Die gewünschte Kontaktzeit kann durch Volumen und Größe des Trockenbehälters und durch die Durchsatzvolumina von Ausgangsmaterial und Abgasen variiert und geregelt werden. Die Wärmeübertragung von den Abgasen auf die Beschickung und folglich die Temperatur, auf die das Ausgangsmaterial gebracht wird, sind hauptsächlich eine Funktion des Massenverhältnisses von Abgas zu Ausgangsmaterial. Ein Beispiel für den Trockenbehälterbetrieb mit einem Gasturbinengenerator ist ein Rolls Royce Allison 501-KB5-Generator (mit nominell 3,9 MW) mit einem Abgasausstoß von etwa 122000 Pfd./Std. bei 1000°F, verbunden mit einem Drehrohrtrockner Modell AST 8424 mit einem Innenvolumen von etwa 26 Kubikmetern (m3) von Scott Equipment Company, New Prague, Minnesota, USA. Das Dung-Ausgangsmaterial, ein frischer Viehweidendung mit einem Feuchtigkeitsgehalt von etwa 70 Gewichtsprozent und einer Temperatur von etwa 65°F, wird in den Trockenbehälter bei einer Rate von etwa 6500 kg/Std. eingespeist, was etwa 10 m3/Std. (etwa 16200 Pfd./Std.) entspricht, wodurch eine durchschnittliche oder nominelle Verweilzeit der Feststoffe im Trockenbehälter von etwa 10 bis etwa 18 Minuten und ein Gewichtsverhältnis von Abgasen zu Dung-Ausgangsmaterial von etwa 7,5 erhalten werden. Die Trockenbehälterausgabe hat etwa 200°F. Das Gewichtsverhältnis von Abgas zu Ausgangsmaterial beträgt gewöhnlich zwischen etwa 15:1 und etwa 1:1, vorzugsweise zwischen etwa 10:1 und etwa 3:1 und am stärksten bevorzugt zwischen etwa 8:1 und etwa 4:1. Der Wärmebedarf kann ein Verhältnis von mindestens etwa 20:1 oder mindestens etwa 25:1 oder mehr erfordern, wenn die Beschickung kalt mit sehr hohem Feuchtigkeitsgehalt ist und das Abgas keine hohe oder maximale Temperatur hat. Der Abgasstrom und der Dung-Ausgangsmaterialsstrom durch den Trockenbehälter können gleichsinning, gegensinnig, einstufig, mehrstufig usw. sein, je nach den gewünschten Ergebnissen und verschiedenen Systemgestaltungen und ökonomischen Überlegungen.
  • Die Ausgabe des Trockenbehälters umfasst Dampf, Wasserdampf, Verbrennungsgase und Feststoffe, die getrocknet und/oder thermisch behandelt und in gewünschte Formen umgewandelt werden. Übliche Temperaturen der Gase und/oder Feststoffe am Ausgang des Trockenbehälters liegen in der Regel im Bereich von etwa 200°F bis etwa 350°F, aber niedrigere oder höhere Temperaturen können aus Gründen der Ökonomie, Produktqualität und/oder Verfahrensökonomie ausgewählt und/oder gewünscht werden. Die Auslasstemperaturen können von mindestens etwa 110°F bis mindestens etwa 500°F, vorzugsweise mindestens etwa 180°F und stärker bevorzugt mindestens etwa 200°F reichen. In der Regel ist erwünscht, dass das Feststoffmaterial, das den Trockenbehälter verlässt, gewöhnlich einen Feuchtigkeitsgehalt zwischen etwa 10 und etwa 15 Gewichtsprozent hat, der aber von etwa 5 bis etwa 25 Gewichtsprozent reichen kann. Wiederum kann aus ähnlichen Gründen ein höherer oder niedrigerer Feuchtigkeitsgehalt der Trockenbehälterausgabefeststoffe gewählt und/oder gewünscht werden. Dampf, Wasserdampf und Verbrennungsgase, die aus dem Trockenbehälter kommen, leitet man gewöhnlich durch Wärmeaustauscher (wodurch Verfahrenswärme rückgewonnen wird, die stromabwärts bei Granulier- oder Pelletierschritten oder stromaufwärts beim Vorwärmen des Ausgangsmaterials oder der Turbineneinlassluft verwendet wird), Kühler (zur Rückgewinnung von Verfahrenswasser für die Verwendung stromab- oder -aufwärts, zur landwirtschaftlichen Anwendung oder Entsorgung), Waschtürme, Filter oder Zyklone (zur Rückgewinnung von Feststoffen, die in Gasen oder Flüssigkeiten eingeschlossen sind, und damit die Gase und Flüssigkeiten umweltverträglich werden und abgelassen werden können) und andere herkömmliche Verfahrensausrüstung.
  • Die Feststoffausgabe aus dem Trockenbehälter, hier als Düngemittel- oder Bodenaufbaumaterial bezeichnet, wird üblicherweise durch Mahlen, Granulieren, Pelletieren, Prillen oder eine andere Verarbeitung weiter verarbeitet, so dass ein endgültiges Düngemittel- oder Bodenaufbereitungsprodukt in der für die Verpackung oder Massenverteilung gewünschten Form erzeugt wird. Die für die Erfindung geeignete Mahl-, Granulier-, Pelletier- oder Prillausrüstung und die entsprechenden Arbeitsschritte sind herkömmlich und bekannt, weil die Ausgabe des Trockenbehälters Feststoff- und Dampfkomponenten enthält, die sich für diese Verarbeitung anbieten. Die Feststoffausgabe aus dem Trockenbehälter kann hier als Düngemittel- oder Bodenaufbauprodukt bezeichnet werden, wenn es in Rohform zur Anwendung auf Feldfrüchten verwendet wird, ohne dass es zu einer Pulver-, Granulat-, Pellet- oder Prillgranalienform weiter verarbeitet wird. Die Feststoffausgabe aus dem Trockenbehälter wird als Bodenverbesserungsmaterial oder -produkt bezeichnet, wenn das Dung-Ausgangsmaterial derart ist, dass es ein Material mit niedrigem Nährwert als Düngemittel produziert, sich aber dennoch als Bodenaufbau- oder -verbesserungsmaterial eignet, mit einem hohen Gehalt an organischer Substanz, ähnlich wie ein Torfprodukt, oder es kann eine Kombination aus Düngemittel und Bodenaufbauprodukt aus organischer Substanz sein. Unabhängig von der Art und Form des erhaltenen Produkt liefern das erfindungsgemäße Verfahren, das erfindungsgemäße System und die erfindungsgemäße Ausrüstung eine hinsichtlich der Umwelt und der Ökonomie wirksame Verarbeitung von Dung-Ausgangsmaterialien, wodurch sie als Umweltverpflichtungen beseitigt werden und Produkte bereitgestellt werden, die zur Verbesserung der Bodenbedingungen nützlich sind, den Kohlenstoff in den Böden oder anderen für die Umwelt vorteilhaften Anwendungen sequestrieren und die Entsorgung auf einer städtischen Müllkippe umgehen.
  • Die Erfindung kann zur Herstellung von Produkten und Materialien aus Dung-Ausgangsmaterialien verwendet werden, aber die bevorzugten Materialien und Produkte weisen keine signifikanten restlichen unerwünschten Bestandteile auf, die nicht bei der Erwärmung, chemischen Veränderung und/oder Trocknungsbehandlung im Trockenbehälter oder anderen Arbeitsschritte umgewandelt oder zerstört werden. Die durch die Erfindung hergestellten Produkte und Materialien sind vorzugsweise nützliche Düngemittel- oder Bodenaufbauprodukte, aber die Erfindung eignet sich auch zur Herstellung von Feststoffen mit kleinerem Volumen, die auf einer Müllkippe entsorgt werden können, mit dem Vorteil, dass Feststoffe mit kleinen Mengen oder ohne schädliche Bestandteile, die aus der Müllkippe in Oberflächen- oder Grundwasser lecken könnten, bereitgestellt werden.
  • Die durch die Erfindung produzierten Produkte und Materialien eignen sich für und beinhalten Mischungen mit anderen Materialien, Produkten oder Chemikalien, wie es für bestimmte Endanwendungen gewünscht sein kann, die bestimmte Eigenschaften oder Merkmale erfordern. Diese anderen Materialien und Additive können an jedem geeigneten Punkt im Verfahren zugegeben oder eingemischt werden: mit dem Dung-Ausgangsmaterial gemischt, zum Trockenbehälter gegeben, an einem beliebigen Punkt zum Verfahrenswasser gegeben, zu dem aus dem Trockenbehälter kommenden Material gegeben, als Teil einer Mahl-, Granulier- oder Pelletierverarbeitung zugegeben oder einfach mit dem Endprodukt gemischt oder vor dem Einsacken oder Verpacken oder zum Zeitpunkt der Verwendung eingemischt werden. Zum Beispiel können die Düngemittel- und Bodenaufbauprodukte, die gewöhnlich vergleichsweise geruchsfrei sind, mit anderen Materialien gemischt werden, die entweder einen angenehmen Geruch verleihen oder einen unangenehmen Geruch überdecken können. Diese Materialien können synthetisch (Parfüms) oder natürlich sein, wobei natürliche Materialien bevorzugt sind. Natürliche organische Materialien können Salbei, Minze, Fenchel, Knoblauch, Rosmarin, Fichte, Zitrus und ähnliche Materialien beinhalten, die keine Zertifizierung als organische Beschickung verhindern. Andere Materialien zum Einmischen können u. a. Eisen, Mineralien, Kohlenstoff, Zeolith, Perlit, chemische Düngemittel (Harnstoff, Ammoniumnitrat usw.), Pestizide und andere Materialien sein, die das Produkt an eine bestimmte Verwendung anpassen. Biozertifizierte Produkte sind zwar die am stärksten bevorzugten Produkte der Erfindung, jedoch können die erfindungsgemäßen Produkte jede herkömmliche NPK-Düngemittel-Mischung oder ein -Gemisch in einer herkömmlichen Form, einschließlich der Formen für eine verzögerte Freigabe sein. Die erfindungsgemäßen Düngemittel-Produkte können zugefügte Herbizide (für die üblichen "Kraut- und Futter"-Produkte) umfassen, und andere Additive, die eine organische Basis haben können oder chemisch sein können, können sich für den Biozertifikationsstatus qualifizieren oder nicht. Im Stand der Technik kann man Düngemittel-Produkte mit der gewünschten Granulat- oder Teilchengröße herstellen, die eine gewünschte Härte und Integrität in trockener Form aufweisen, die sich aber leicht abgeben lassen, wenn sie in einem Landwirtschaftsbetrieb aufgebracht werden und mit Wasser durch Bewässerung oder Regen behandelt werden. Man siehe beispielsweise die US-Patente 4,997,469 von Moore und 5,676,729 von Elrod et al., deren Offenbarungen vollinhaltlich durch Bezugnahme aufgenommen sind.
  • In einigen Fällen kann ein Produkt als biozertifiziert gewährt werden, vorausgesetzt, die Mengen der künstlichen Komponenten, einschließlich der genetisch modifizierten Organismen, chemischen Düngemittel, anderen nicht-organischen Materialien, usw. in dem Endprodukt, sind gewöhnlich unter etwa 5 Gewichtsprozent zugegen, oder in anderen Fällen für die Bezeichnung als "natürlich", unter etwa 30 Gewichtsprozent. Eingänge in organische Düngemittel und organische Bodenaufbauprodukte können im Wesentlichen keine nachweisbaren Mengen anderer Materialien aufweisen, die als ungewünschte Komponenten identifiziert werden, wie ungewünschte Organismen und Mikroorganismen (einschließlich genetisch modifizierter Organismen), Pathogene, lebensfähige Samen, Pestizide (einschließlich Insektiziden, Herbiziden, Algiziden, Nagetiergiften, usw.), Antibiotika, Hormone, Prione, oder Viren. In anderen Fällen qualifiziert sich das Produkt jedoch für die Biozertifizierung, selbst wenn bestimmte ungewünschte Komponenten in dem Endprodukt nachweisbar sind, aber unter einer festgelegten Menge liegen. Wie hier verwendet, betrifft der Begriff "Mikroorganismus" Bakterien, Protozoen, Pilze und Algen. Man geht jedoch davon aus, dass sogar in biozertifizierten Produkten nicht alle Mikroorganismen in einem Düngemittel- oder Bodenaufbauprodukt ungewünscht sind, jedoch sind bestimmte Mikroorganismen ungewünscht und müssen zerstört, inaktiviert, getötet oder sonst wie durch erfindungsgemäße Wärmebehandlung in unschädliche Formen umgewandelt werden, wie pathogene Bakterien. Da sich die Standards, die von verschiedenen Behörden für organische Produkte gesetzt werden, etwas unterscheiden und von Zeit zu Zeit geändert werden müssen, ist es nicht praktisch, die Einzelheiten hier zu beschreiben. Man beachte besonders, dass jedoch bei Auswahl eines Produkts für die Produktion in dem erfindungsgemäßen System die Betriebsbedingungen der erfindungsgemäßen Verfahren über weite Bereiche variiert werden können und derart ausgewählt werden können, dass die Umwandlungen und Reinigungen, die man zur Erfüllung der geltenden Standards braucht, bereitgestellt werden, und man Produkte erzeugt, die biozertifiziert werden können.
  • Die erfindungsgemäßen Systeme enthalten Bauweisen, die dazu verwendet werden können, die Emission schädlicher Gerüche und von Treibhausgasen aus Tierhaltungsbetrieben, und aus kommunalen Abwasseranlagen in die Atmosphäre zu verringern und bei einigen Betrieben im Wesentlichen zu beseitigen. Wie erwähnt, ist neben der biologischen Umwandlung von Tierabfall eine der Hauptquellen für Treibhausgase (insbesondere Methan) und unangenehme Gerüche aus Gasen, die bei der enteralen Fermentation in den Tieren selbst produziert werden, und diese Gase werden von den Tieren durch Aufstoßen, Emission von Blähungen und die im Wesentlichen sofortige Freisetzung dieser Gase aus dem Urin und den Fäkalien bei der Entleerung aus diesen Tiere freigesetzt, und sie werten hier als "Tiergase" bezeichnet. Tierhaltungsbetriebe unterliegen aufgrund von zunehmendem Druck aus den in deren Nähe Wohngebieten immer stärkerer Regulation durch Bundes- und Staatsbehörden. Die Regulation betrifft zwei Aspekte der Luftqualität. Der erste sind schädliche Gerüche aus Tiergasen und Biokonversionsemissionen, die Mercaptane und viele weitere organische Verbindungen enthalten, die unangenehme Gerüche haben, die von den die örtlichen Gemeinden beanstandet werden. Der zweite sind Treibhausgasemissionen, die für die Luftqualität schädlich sind. Zu den Treibhausgasen gehören CO2, CH4, und N2O und sie werden gewöhnlich in Form der CO2-äquivalenten Wirkung auf die Atmosphäre dargestellt. Methan hat einen CO2-Äquivalenzfaktor von 23 (wie von der USDOE verwendet), was bedeutet, dass 1 kg in die Atmosphäre freigesetztes CH4 23 kg freigesetztem CO2 entspricht. (Einige Quellen geben den Äquivalenzfaktor als etwa 21 an.). In dem Bericht der United States Department of Energy/Energy Information Administration # DOE/EIA-0573 (2002), veröffentlicht im Oktober 2003 (erhältlich bei www.eia.doe.gov/oiaf/1605/ggrpt/) wird angenommen, dass 8 Millionen MT CH4 (183 Millionen MT) CO2-Äquiv.) im Jahr 2002 durch Landwirtschaftsbetriebe in die Atmosphäre freigesetzt wurden, was etwa 30% aller CH4-Emissionen in den USA entspricht, wobei die anderen Quellen Müll- und kommunale Abwasser-Behandlungsbetriebe einschließen. Von den CH4-Emissionen aus der Landwirtschaft stammten 94% von Viehbetrieben, wovon 67% (etwa 5 Millionen MT) aus der enteralen Fermentation (Tiergase) und 33% (etwa 3 Millionen MT) aus der Zersetzung von Viehabfällen stammte. CH4 ist zwar das Haupt-Treibhausgas, das bei der biologischen Umwandlung von Dung erzeugt wird, jedoch werden auch die Gase CO2 und NOx erzeugt. Besonders bevorzugt wird die NOx-Freisetzung in die Atmosphäre verhindert, weil sie ein geschätztes CO2-Äquivalent von etwa 310 aufweisen. Die Erfindung kann, wie hier offenbart, dazu verwendet werden, im Wesentlichen die Freisetzung von Tiergasen in die Atmosphäre zu beseitigen, und im Wesentlichen die Zersetzung von Treibhausgasemissionen aus Tierhaltungsbetrieben zu beseitigen, indem die Tiergase eingedämmt und verarbeitet werden, durch Verarbeiten des Dung-Ausgangsmaterials, so dass eine Zersetzung oder biologische Umwandlung verhindert und/oder indem die Emissionen aus der Zersetzung oder Biokonversion eingedämmt oder verarbeitet werden, bevor das Dung-Ausgangsmaterial verarbeitet werden kann.
  • Die erfindungsgemäßen Systeme eignen sich besonders dazu, die Tiergasemissionen und Gerüche aus Tiergasen in bestimmten gängigen Tierhaltungsbetrieben im Wesentlichen zu beseitigen. Andere Tierhaltungsbetriebe können leicht gemäß der Offenbarung hier modifiziert werden, so dass man die erfindungsgemäßen Systeme verwenden kann, um die Freisetzung von Tiergasen und den damit einhergehenden Gerüchen in die offene Atmosphäre reduziert oder beseitigt. Im grundlegenden erfindungsgemäßen System ist der Gasturbinenausstoß mit dem Trockenbehälter verbunden. Zur Regelung der in einem Tierhaltungsbetrieb produzierten Tiergase wird der Gasturbinenlufteinlass mit dem Ventilationssystem des Tierstalls verbunden, so dass die aus dem Tierstall ausgestoßene Ventilationsluft in den Gasturbinenlufteinlass geleitet wird, in dem gewöhnlich zwei Prozesse stattfinden. Erstens werden die Emissionsgase zusammen mit der regulären Gasturbinenkraftstoffzufuhr verbrannt, wodurch CH4 in H2O und CO2 und die Mercaptane und andere schädliche oder ätzende Verbindungen in H2O, COx, NOx und SOx umgewandelt werden. Zweitens werden die Abgase aus der Gasturbine mit dem Dung-Ausgangsmaterial in Kontakt gebracht, wodurch die NOx- und SOx- und in gewissem Ausmaß die COx-Gase in das Dung-Ausgangsmaterial absorbiert oder damit komplexiert werden, wenn dieses getrocknet und/oder in ein Düngemittel- oder Bodenaufbaumaterial, und vorzugsweise in ein selbstbindendes Düngemittel- oder Bodenaufbauprodukt umgewandelt wird. Dieser Aspekt der Erfindung verhindert, dass Tiergase in die Atmosphäre eindringen.
  • Bestehende Tierhaltungsbetriebe, die die Erfindung sofort direkt und effizient zur Bekämpfung von Tiergasen nutzen können, sind diejenigen, die normalerweise vollständig eingeschlossen sind und über Frischlufteinlässe und Abgasauslässe belüftet werden, und insbesondere diejenigen, die durch Erwärmen und Klimaanlagen klimageregelt werden. Die Tierhaltungsbetriebe mit Klimaanlagen sind gewöhnlich Hühner und Schweinebetriebe, obgleich einige Milch-, Kalbfleisch-, Rindfleisch- und andere Betriebe ebenfalls eingeschlossen sind und wegen extremer Wärme oder Kälte im örtlichen Klima Klimaanlagen haben. Die Abluft aus solchen Anlagen wird zum Gasturbinenverbrennungslufteinlass geleitet. Andere Tierhaltungsbetriebe, die offene Stall oder offene Gehegestrukturen aufweisen, können von der Erfindung profitieren, indem Luft aus dem Oberteil der Struktur gezogen wird, und diese in den Turbinenlufteinlass geleitet wird. Dies fängt einen signifikanten Anteil der Tiergase, insbesondere an windstillen Tagen, da das Methan in den Tiergasen leichter als Luft ist und in der Struktur nach oben steigt. Zusätzlich können diese Strukturen ökonomisch eingeschlossen werden (z. B. mit Leinwandwänden) und mittels Druckluft belüftet (mit oder ohne Klimaanlage) werden, so dass im Wesentlichen alle Tiergase von den Tieren in der Struktur gesammelt und zur Abluft des Gasturbinenlufteinlasses geleitet werden.
  • Bei der Verwendung dieses erfindungsgemäßen Aspektes wird erkannt, dass sie vorzugsweise derart betrieben wird, dass sämtliche aus dem Schweinestall, Hühnerhaus usw. ausgelassene Luft zum Gasturbineneinlass geleitet wird, damit eine Freisetzung von Tiergasen in die Atmosphäre umgangen wird. Jegliche verbleibende Brennluft, die für die Gasturbine benötigt wird, stammt von der Umgebungsluft, durch einen herkömmlichen Luftfilter, obschon die Abluft aus dem Tierstall vorzugsweise auch durch den Gasturbineneinlassluftfilter gelangt, damit eine Beschädigung oder eine Erosion der Turbinenkomponenten durch eingefangenen Staub oder andere Teilchen verhindert wird. Die in dem Luftfilter gesammelten Feststoffe können zu dem Trockenbehälter oder zu anderen Verfahrenseinheiten in dem System eingespeist werden, damit diese in das fertige Düngemittel- oder Bodenaufbauprodukt eingearbeitet werden. Das Methan in den Tiergasen macht gewöhnlich keinen besonderen Teil der Kraftstoffanforderungen des Systems aus, jedoch wird es verbrannt, so dass Wärme entsteht und nicht in die Atmosphäre freigesetzt wird. Trotzdem reduziert jedes verbrannte kg Methan aus Tiergas die äußere Methankraftstoff-Anforderung um ein kg und reduziert die Treibhausgasemissionen um ein CO2-Äquivalent von 23 kg. Dieser Aspekt der Erfindung stellt auch den Vorteil des Schallschutzes am Turbineneinlass bereit. Entsprechend dem Trockenbehälter, der für das Turbinenabgas als Schalldämpfer wirkt, wobei der Turbineneinlass eingeschlossen ist und Luft in einem geschlossenen System aus dem Tierstall geleitet wird, wird der hochfrequente Lärm am Turbineneinlass im Wesentlichen zurückgehalten und gedämpft.
  • Derzeitige Tierhaltungsbetriebe können sofort und effizient die Erfindung nutzen, damit der Bedarf an und die Verwendung von gängigen Dungklärteichen eliminiert werden. Durch stetes oder tägliches erfindungsgemäßes Verarbeiten des gesamten Frischdungs werden keine Dungklärteiche und Komposthaufen mehr benötigt. Ein gängiger Betrieb, der das erfindungsgemäße Gerät und Verfahren installiert, kann bestehende Klärteiche säubern, indem der Klärteichinhalt als Ausgangsmaterial in dieses Verfahren geleitet wird, und zwar gewöhnlich im Gemisch mit frischem Dung, der täglich im Betrieb verarbeitet wird. Entsprechend können bestehende Dunghaufen auf Weiden und anderen Betrieben als Ausgangsmaterial in diesem Verfahren verwendet werden und aufgereinigt werden, gewöhnlich durch Mischen der Dunghaufen mit dem täglich verarbeiteten Dung. Natürlich eliminieren bei der Bauweise und der Konstruktion neuer Tierhaltungsbetriebe, der Einbau der Ausrüstung und die erfindungsgemäßen Verfahren den Bedarf an Klärteichen und an anderem Raum für die Aufbewahrung oder Zersetzung von Dung, weil der Dung mit der Erfindung auf steter oder täglicher Basis verarbeitet wird.
  • Die Erfindung stellt auch Umweltvorteile an mehreren Stellen von Landwirtschaftsbetrieben bereit, indem eine maximale Menge Kohlenstoff im Boden sequenstriert wird, und der Verlust von Kohlenstoff in die Atmosphäre als Methan und CO2 umgangen wird. Bei der Zersetzung oder beim Abbau von Dung setzt dieser (vorzugsweise durch anaerobe Faulung) Methan, CO2 und andere Gase, wie Ammoniak in die Atmosphäre frei. Durch Verarbeiten des Frischdungs vor der Zersetzung oder Faulung, wird der Kohlenstoff- und Stickstoff-Gehalt des Dungs erhalten und in dem erfindungsgemäß produzierten trockenen granulären Düngemittelprodukt fixiert, und es wird verhindert, dass diese in die Atmosphäre als Treibhausgase entlassen werden. Wird das erfindungsgemäße Düngemittel auf den Boden aufgebracht, treten der Kohlenstoff und der Stickstoff in den Boden, wo Bodenmikroben und andere natürliche Prozesse den Kohlenstoff und Stickstoff für eine Aufnahme durch Pflanzen beim Ackeranbau verfügbar machen. Entsprechend setzt die gängige Praxis der Kompostierung von Dung und anderem Material zur Verwendung auf Ackerland Kohlenstoff und Stickstoff in die Atmosphäre beim Kompostieren frei und verliert diese. Das erfindungsgemäße Düngemittelprodukt ersetzt und eliminiert den Bedarf an Kompost, wodurch die durch Kompostierung verursachte Luftverschmutzung eliminiert wird.
  • Man geht davon aus, dass sich die vorstehende Beschreibung zwar auf die Verwendung einer Gasturbine bezieht, jedoch kann die gleiche Nutzung dieses Aspektes der Erfindung zur Eindämmung von Tiergasemissionen vorgenommen werden, unabhängig davon, welche Wärmequelle zur Verwendung in dem System ausgewählt wird. Unabhängig davon, ob die Wärmequelle eine Gasturbine, ein Gasturbinengenerator, ein Gas- oder Diesel-Kolbenmotor oder sogar ein herkömmlicher Öl- oder Gasbrenner (wie 107 in der 1) ist, kann die Tierstallabluft zum Brennlufteilass geleitet werden, so dass die Tiergase verbrannt werden, und so die Verbrennungsgase mit dem Dung-Ausgangsmaterial zusammengebracht werden.
  • Als weitere Offenbarung und Veranschaulichung der Verfahren, Systeme und Ausrüstung dieser Erfindung wird auf das schematische Fließschema von 1 Bezug genommen. In dem veranschaulichten beispielhaften Verfahren umfasst die Gasturbineneinheit 100 eine Gasturbine 101 und einen Stromgenerator 102. Die Gasturbine hat Lufteinlassfilter 104 (der gegebenenfalls Tierstallventilationsluft enthalten kann, wie 903 in 5). und eine Kraftstoffzufuhr 103. Bei Bedarf kann ein wahlfreier Überbrückungs-Abgas-Schalldämpfer 106 für Anschalt-, Ausschalt- und Störungsbedingungen bei solchen Zeiten aufgenommen werden, in denen die Gasturbine läuft, aber die Abgase nicht in den Trockenbehälter geleitet werden können. Der Trockenbehälter 200 wirkt jedoch als Schalldämpfer beim normalen Betrieb dieser Erfindung. Alternativ kann statt des Schalldämpfers 106 die Abgasbrücke (siehe 908 in der 5) um den Trockenbehälter zu einer geeigneten stromabwärts gelegenen Einheit geleitet werden, wie zum Separator 208 und/oder 209, der eine vorübergehende Schalldämpferfunktion verleihen kann. Diese Anordnung eliminiert die Kosten für einen gesonderten Schalldämpfer und den Raum, der für einen gesonderten Schalldämpfer benötigt wird, was eine wichtige Überlegung für fahrbare, an LKWs befestigten Systemen ist. Der Auslass von Gasturbine 101 ist an den Trockenbehälter 200 über Verbindungsanschluss 105 angeschlossen. Ein wahlfreier Lufteinlass (nicht gezeigt) kann für den Trockenbehälter 200 in Anschluss 105 oder an anderer Stelle aufgenommen werden, zum Spülen des Trockenbehälters oder des Systems, zum Anschalten oder Ausschalten oder aus anderen Gründen, insbesondere, wenn weder die Abgase noch das Dung-Ausgangsmaterial in dem Trockenbehälter 200 zugegen sind. Sind beide zugegen, wird jedoch ein jeder Lufteinlass geschlossen und nicht verwendet, damit im Wesentlichen der Eintrag von Luft in den Trockenbehälter ausgeschlossen wird und damit eine signifikante Oxidation der Materialien verhindert wird, die sich in dem Trockenbehälter 200 befinden. Der wahlfreie Brenner 107 kann ebenfalls enthalten sein, damit eine ergänzende Wärmequelle und Brenngase für den Trockenbehälter bereitgestellt werden, die als Eintrag in den Anschluss 105 oder an anderer Stelle bereitgestellt werden können. Die wahlfreie ergänzende Wärmequelle kann sich eignen während des Anschaltens, Abschaltens, bei Verfahrensstörung, Turbinenausfall oder zur Aufrechterhaltung des gewünschten Durchsatzes, wenn eine maximale Last oder ein Ausgangsmaterial mit ungewöhnlich hohem Wassergehalt auftritt.
  • Das Dung-Ausgangsmaterial wird gewöhnlich in das System durch mechanische Vorrichtungen eingebracht, wie einen Schaufelbagger 201, der das Ausgangsmaterial in einen Steintrenner, Mischer, Schnitzeleinheit 202 überführt. Das Ausgangsmaterial kann weiter gemischt werden, und in Förderschnecken 203, 204 getrennte Fremdobjekte werden dann durch 215 in den Trockenbehälter 200 geleitet. Das Ausgangsmaterial kann ebenfalls vorgemischt oder auf die gewünschte Gleichförmigkeit konditioniert werden, bevor es in dieses System durch den Lader 201 geladen wird, beispielsweise in Speicherschwaden, die vereinigt und gemischt werden.
  • Der Ausgang von Trockenbehälter 200 wird durch die Leitungen 205, 206 zum Separator 208 überführt, wo die Feststoffe und Gase getrennt werden. Die Gase gelangen durch 209 und Gebläse 210 in die Atmosphäre über 211 oder zu anderer stromabwärts befindlicher Verarbeitung über 212. Der Betrieb von Gebläse 210 kann den Druck in Separator 208 und in Trockenbehälter 200 senken, so dass der Wassersiedepunkt in dem Trockenbehälter reduziert wird, der Wassersiedepunkt in dem Trockenbehälter reduziert wird, der Staudruck auf den Turbinenauslass reduziert wird und Turbinenausstoß und -effizienz erhöht werden. Alternativ kann das Gebläse 210 derart betrieben werden, dass ein erhöhter Druck in dem Trockenbehälter für eine Behandlung bei höherer Temperatur, eine Umwandlung oder ein "Kochen" des Dung-Ausgangsmaterials bei Bedarf erhalten bleibt. Der Ausstoß von Trockenbehälter 200 kann durch den wahlfreien Wärmetauscher 207 zur Gewinnung von Verfahrenswärme zur Verwendung stromabwärts oder bei der Vorwärmung des Dung-Ausgangsmaterials oder der Turbineneinlassluft gelangen. Der Feststoffausstoß aus Separator 208 gelangt über die Leitung, Förderband oder Schnecke 301 zur Kugel- oder Hammermühle 300, und wahlfreie Mischer und Verbesserer 302 und 303. Zudem können rezyklierte Feststoffe, wie Feinstoffe, aus der Rezyklierschleife 305 bei 303 über 304 eingemischt werden, wo sie zur Beschickung der Kugel- oder Hammermühle 300 vereinigt werden. Die Feinstoffe und nicht spezifikationsgerechtes Material, die an verschiedenen Stellen in dem System erzeugt werden, können gesammelt werden und über die Schleife 305 rezykliert und wieder in das Produktverarbeitungssystem an einer beliebigen Stelle eingebracht werden, wie die Mahleinheit 300 über 3004, die Pelletiereinheit 400 über 404 oder sogar die Dung-Ausgangsmaterial-Vorbereitung 202, 203, 204 oder andere Stellen. Eine wichtige Möglichkeit des erfindungsgemäßen Systems ist die vollständige Reyzklierung über die Rezyklierschleife 305 sämtlicher Feinstoffe oder nicht spezifikationsgerechter Feststoffe, so dass sie schließlich in die Endprodukte eingebaut werden. Somit stellt das erfindungsgemäße System eine 100%ige Umwandlung der Feststoffe des Dung-Ausgangsmaterials (außer Steinen und anderen Fremdobjekten, die sich nicht verarbeiten lassen) in Düngemittel- oder Bodenaufbauprodukte bereit, und erzeugt keinen festen Abfallstrom, der an anderer Stelle entsorgt werden muss, wie bei einer Mülldeponie.
  • Die Kugel- oder Hammermühle 300 wird zur Produktion eines kurzfaserigen Längenmaterials mit einer gleichförmigen kleinen Teilchengröße verwendet, das man als "Mehl" bezeichnet, das sich zur Verarbeitung in der Pelletiereinheit 400 eignet, so dass man ein Produkt bereitstellt, das eine hinreichende Härte und mechanische Festigkeit und Stabilität zur herkömmlichen Verarbeitung, Verpackung und Aufbewahrung hat, die gewöhnlich für trockene Düngemittelprodukte eingesetzt werden. Der Ausgang der Kugel- oder Hammermühle 300 verläuft durch den Separator 310, wo die Dämpfe entnommen werden und über 315 zu Separator 600 zur Reyzklierung der Feststoffe über die Rezyklierschleife 305 geleitet werden und Auslassen der Dämpfe in die Atmosphäre über das Gebläse 601 und den Auslass 602. Der Separator 310 entnimmt die Feinstoffe oder das Material, das sich zur Rezyklierung über Rezyklierschleife 305 eignet und leitet das Mehl zum Mischer 311. Das Mehl wird dann über 312 zum Separator 401 und entweder direkt zum Pelletierer 400 über 408 oder zum Halte- oder zum Stoßbehälter 402 über 409a und 409b zum Mischen mit anderen Materialien, Rezykliermaterialien von 404 oder Additiven oder zum Halten beim Anschalten, Ausschalten oder bei Störung des Verfahrens geleitet. Vom Stoßbehälter 402 wird das Mehl bei Bedarf durch den Mischer 403 gesendet und entweder direkt zur Pelletiereinheit 400 über 417 oder bei Bedarf zu Mischer 311 über 412 zum Mischen mit dem frischen Mehl geleitet.
  • Die Pellets von dem Pelletierer 400 werden durch den Wärmetauscher, die Dampfentfernungseinheit 405 und von dort über 406 und 414 entweder direkt zur Endproduktreinigung in den Einheiten 407 und 415 und zum Endproduktversand oder Aufbewahrungsbehälter 500 über 416a, 416b, 501 und 503 geleitet, oder über 413 und den Stoßbehälter 410 zu einer Zerkrümelungs- oder Granulator-Einheit 411, dann zu den Endproduktreinigungseinheiten 407 und 415 geleitet. Das Endprodukt wird über 501, 503, oder über den Aufbewahrungsbehälter 500 auf den Lastwagen 502 zum Transport zum Markt geladen. Die Feinstoffe und das nicht spezifikationsgerechte Produkt, die in einer abschließenden Reinigungseinheit 415 abgetrennt werden, können zum erneuten Verarbeiten über die Rezyklierschleife 305 rezykliert werden. Das Zerkrümelungs- oder Granulatorgerät 411 wandelt die Pellets in kleinere Teilchen oder Granula um, die im Wesentlichen die gleiche Härte und mechanische Festigkeit und Stabilität wie die Pellets aufweisen. Die Feststoffe können dann je nach dem Material und Überlegungen hinsichtlich der Umwelt zwischen den Verarbeitungseinheiten der Erfindung durch herkömmliche Schnecken, Aufzüge, Förderbänder, pneumatischen Rohrförderern und dergleichen transportiert werden. Das System kann offensichtlich so angeordnet und konfiguriert werden, dass ein Düngemittelmaterial oder Bodenaufbauprodukt aus dem Trockenbehälter 200 (das zum direkten Gebrauch in Ballen überführt werden kann), Mehl aus der Mahleinheit 300 (das zur späteren oder zum direkten Gebrauch eingesackt werden kann) oder ein Granulatprodukt, ein Pelletprodukt oder ein Prillgranalienprodukt aus 415 erhalten werden kann.
  • Ein Beispiel für den erfindungsgemäßen Betrieb des Systems geht aus folgender Tabelle hervor. Dieses Beispiel beruht auf der Verwendung eines Rolls Royce Allison 501-KB5 (nominelle Leistung bei 3,9 MW) Gasturbinengenerators und eines Scott Equipment Trocknermodells AST 824, die bei einem Weidenbetrieb frischen Viehdung produzieren. Beispiel für ein System, das für ein Endprodukt mit 2,5 metrischen Tonnen/Std. ausgelegt ist
    Fig. 1 Strom Nr. Bestandteil Fließgeschw. Bedingung
    103 Erdgas 820 kg/Std. Umgeb.-Temp.
    104 Verbrennungsluft 48,140 kg/Std. Umgeb.-Temp.
    105 Abgase 48,960 kg/Std. 1200F°
    215 Dung-Ausgangsmaterial 6500 kg/Std. 70% H2O/Umgeb.-Temp.
    200 Verweildauer 10–18 min
    301 getrocknetes Material 2730 kg/Std. 12 Gew.% H2O 200°F
    312 Mehl 2500 kg/Std. 10 Gew.% H2O 125°F
    503 pelletiertes Düngemittel-Produkt 2500 kg/Std. 12 Gew.% H2O 15°F über Umgeb.-Temp.
  • Die 2 veranschaulicht eine Konfiguration des erfindungsgemäßen Systems in der Form von auf Gleitschienen montierten, auf LKWs montierten oder auf Eisenbahnwaggons montierten Einheiten, die zu den gewünschten landwirtschaftlichen oder kommunalen Betriebsstellen transportiert werden können, wo das Dung-Ausgangsmaterial auf einer täglichen oder periodischen Basis verfügbar ist. Die erste Einheit 700 umfasst die Gasturbine 101 und Generator 102. Die zweite Einheit 701 umfasst den Trockenbehälter 200 und den Separator 208. Der Trockenbehälter 200 hat einen Einlass 215 für das Dung-Ausgangsmaterial und ist an den Gasturbinenauslass über den Anschluss 105 angeschlossen, wenn dieser stationär und in Betrieb ist. Die dritte Einheit 702 umfasst die Verfahrens-Ausrüstung, die für einen bestimmten Betrieb gewünscht ist, wie die Kugelmühle und einen Pelletierer. Der Produktausgang wird durch 501 zu den Speichereinheiten 500 oder zu LKW 502 für den Transport zum Markt befördert. Eine wahlfreie Ausrüstung kann ebenfalls Einheiten zum Einsacken und andere Verpackung des Endproduktes für verschiedene Märkte enthalten.
  • 3 veranschaulicht die gleichen Einheiten, wie 2, jedoch positioniert auf der Betriebsstelle in einer anderen Konfiguration. Die erfindungsgemäßen fahrbaren LKW-montierten Einheiten sind offensichtlich an eine Reihe von Stellen angepasst, die Einschränkungen auf den verfügbaren Raum haben können.
  • 4A ist eine Draufsicht, und 4B ist ein Aufriss einer anderen fahrbaren Konfiguration des erfindungsgemäßen Systems, wobei alle Betriebseinheiten auf einem einzelnen Sattelschlepper 800a und 800b befestigt sind. Der Auslass von Gasturbineneinheit 100 ist über Anschluss 105 an den Trockenbehälter 200 angeschlossen. Der Trockenbehälter 200 hat einen Einlass 215 für Dung-Ausgangsmaterial und ist an den Separator 208 über Leitung 206 angeschlossen. Der Separator 208 ist an den Dampf- bzw. Luftreiniger 600 über Leitung 109 angeschlossen, und Separator 600 wird durch den Auslass 602 in die Atmosphäre entllüftet. Der untere Auslass des Separators 208 ist über Leitung 301 an die Kugelmühleneinheit 300 angeschlossen. Der Auslass von Kugelmühleneinheit 300 ist über Leitung 312 an die Pelletiereinheit 400 angeschlossen, die über Leitung 414 an die Produktreinigungseinheit 415 angeschlossen ist. Die Reinigungseinheit 415 hat einen Produktauslass 416. Nicht gezeigt in den 2, 3 und 4 ist ein wahlfreies Gehäuse für jede an einer Gleitschiene oder an einem LKW befestigte Einheit, so dass die gesamte Einheit für einen Witterungsschutz und zum Schallschutz eingeschlossen wird.
  • 5 ist ein schematisches Verfahrensfließschema einiger der wahlfreien Systeme dieser Erfindung. Bei einem bevorzugten erfindungsgemäßen Betrieb sind die Tierställe 900 und die Dunggruben 901 umschlossen und werden mit Frischluft 902 versorgt. Die Ventilationsluft 903 aus den Tierställen wird zur Gasturbine 101 als Teil der Brennluftbeschickung 904 durch den Luftfilter 104 geleitet. Die Dunggruben 901 können im gleichen Stalleinschluss sein oder sie können sich in gesonderten Haltetanks oder Klärteichen befinden, die umschlossen sind, so dass sämtliche abgesonderten Dämpfe aufgenommen und zusammen mit der Stallventilationsluft 903 zur Verbrennung zusammen mit dem herkömmlichen Kraftstoff 103, wie dem örtlich verfügbaren Erdgas, zur Gasturbine 101 geleitet werden können. Dies verhindert, dass Treibhaus- und schädliche oder ätzende Gase aus den Tieren und dem Dung in die Atmosphäre freigesetzt werden, einschließlich Biogasen aus jeglicher biologischen Umwandlung, die stattfindet, bevor der Dung in dem erfindungsgemäßen System verarbeitet werden kann. Dies schafft nicht nur die Möglichkeit zur kommerziellen Verwendung dieser Erfindung zur Gewinnung von Verdiensten bei der Luftqualität für reduzierte Treibhausgasemissionen, den Tierhaltungsbetrieben wird auch eine Möglichkeit verschafft, dass sie zu annehmbaren Nachbarn für nahe gelegene Wohngebieten werden, weil alle schädlichen und ätzenden Gerüche von den Tieren und aus dem Dung in dem System festgehalten werden können und in dem endgültigen Düngemittel-Produkt aufgenommen werden können oder in Komponenten umgewandelt werden können, die nicht schädlich oder ätzend sind, bevor sie in die Atmosphäre entlassen werden. Wie bereits in dem DOE/EIA-Bericht vermerkt macht das von einem Viehhaltungsbetrieb abgegebene Gesamtmethan etwa zwei Drittel der enteralen Fermentation (Tiergase) und etwa ein Drittel Biogas aus dem Dung aus. Somit wird bei herkömmlichen Biogasbetrieben, die als Kraftstoff Methan aus der biologischen Umwandlung von Dung verwenden, etwa zwei Drittel des Methans aus dem Viehhaltungsbetrieb in die Atmosphäre in den Tiergasen freigesetzt, wohingegen nur ein drittel aus der biologischen Umwandlung eingedämmt und genutzt wird. Die Verwendung dieses Aspektes der Erfindung verhindert dagegen nicht nur die Bildung des Methans in dem Biogas, weil diese Erfindung im Wesentlichen die biologische Umwandlung verhindert und sämtliche Nährwerte aus dem Dung in dem Düngemittelprodukt beibehält, sondern auch das meiste oder die gesamten anderen zwei Drittel des Methans in den Tiergasen eindämmt und als Kraftstoff nutzt, und sämtliche anderen schädlichen und ätzenden Gase aus einem Viehhaltungsbetrieb in andere Verbindungen umwandelt, die entweder absorbiert werden oder in dem Düngemittelprodukt komplexiert werden oder die für die Freisetzung in die Atmosphäre nicht störend sind.
  • Der Gasturbinengenerator 101/102 erzeugt elektrischen Strom 905, der entweder an die örtliche Stromgesellschaft 906 verkauft werden kann oder durch 907 zur Verwendung bei dem Tierhaltungsbetrieb oder den Verfahrenseinheiten in den erfindungsgemäßen Systemen verteilt werden kann. Einige Tierhaltungsbetriebe finden, dass die Kosten der Einschließung eine offenen Tierstalls und die Installation und der Betrieb von Heiz- und Airconditioner-Klimaanlagen zur Eindämmung und Verarbeitung sämtlicher Treibhausgase über 903 im Wesentlichen teilweise, falls nicht sogar erheblich durch die Verwendung von Strom 905 für den Betrieb des Klimaanlagensystems ausgeglichen werden kann. Es kann beispielsweise in einigen Fällen aufgrund von Regierungsvorschriften möglich oder machbar sein, dass ein gewöhnlich offener Weide- oder Milchbetrieb mit Traglufthallen abgedeckt wird, die denen ähneln, welche für Tennisplätze verwendet werden, so dass ökonomische Systeme bereitgestellt werden, die sämtliche Tiergase aus einem solchen Betrieb eindämmen und sammeln, so dass diese Gase über 903 erfindungsgemäß verarbeitet werden können. Die Ökonomien jedes kommerziellen Betriebs, die Kraftstoffkosten, Verkaufs- bzw. Einkaufspreis des Stroms und die Kapitalkosten der Ausrüstung bestimmen, ob der Strom intern in dem Tierhaltungsbetrieb verwendet wird, an die Stromgesellschaft verkauft wird, in anderen Betrieben in der Nähe verwendet wird, oder beliebige Kombinationen davon.
  • Die Abgase aus der Gasturbine 101 werden zu dem Trockenbehälter 200 durch einen Anschluss 105 geleitet, der verhindert, dass die Außenluft in den Trockenbehälter eintritt. Wie hier offenbart wird das System derart betrieben, dass die Oxidation des Dung-Ausgangsmaterials in dem Trockenbehälter 200 und an anderer Stelle in dem System minimiert wird und im Wesentlichen vermieden wird. Der Trockenbehälter 200 dient auch als Schalldämpfer für die Gasturbine. Eine wahlfreie Überbrückung 908 kann bereitgestellt werden, so dass die Abgase in die stromabwärts gelegene Ausrüstung geschickt werden können, wie Separatoren/Kühler 208, damit der Gasturbinenauslass gedämpft wird, wenn der Trockenbehälter abgeschaltet ist, und damit die Abgase vor der Freisetzung in die Atmosphäre während eines solchen vorübergehenden Betriebs gereinigt werden. Oder die Abgase von der Überbrückung 908 können zu einem Wärmetauscher, zum Erwärmen von Wasser, zum Erwärmen des Tierstalls oder einer anderen Klimaanlage oder für Verfahrensenergieanforderungen geleitet werden. Diese Überbrückung eliminiert die Kosten, die auftreten, wenn ein gesonderter Schalldämpfer zur Erfüllung der Lärmbeschränkungen an der Gasturbine verwendet, wenn der Trockenbehälter abgeschaltet ist, und sie stellt eine kompaktere Bauweise für fahrbare oder auf LKWs befestigte Einheiten bereit.
  • Das Dung-Ausgangsmaterial 215 wird zu dem Trockenbehälter 200 geleitet, und zwar zusammen mit den Abgasen aus dem Anschluss 105 und jeglicher ergänzender Wärme, die von einer alternativen oder ergänzenden Wärmequelle 107 bereitgestellt wird. Das Dung-Ausgangsmaterial stammt vorzugsweise direkt von den Dunggruben 901, in Tierställen 900, so dass es frisch ist und wenig oder keine Zeit zur biologischen Umwandlung hat. Andere Quellen für Dung-Ausgangsmaterialien 910 können in dem System verwendet oder darin enthalten sein, wie aufgehäufter Dung oder eingebrachter Dung aus anderen Betrieben, der mit dem Dung aus einem dazwischen liegenden Stall vereinigt oder gemischt wird. Wie hier offenbart kann anderer Bioabfall, organische Materialien, anorganische Materialien oder Additive mit dem Dung vereinigt werden, damit er in dem erfindungsgemäßen System verarbeitet wird.
  • Der Ausgang aus dem Trockenbehälter wird über 205 in die Separatoren bzw. Kühler geleitet, der so ausgelegt ist, dass er die Feststoffe 912 für ein weiteres stromabwärts erfolgendes Verarbeiten trennt, die Wasserdämpfe als wieder gewonnenes Wasser kondensiert und die Gase 914, die in die Atmosphäre abgelassen werden, reinigt. Das wieder gewonnene Wasser kann stromabwärts als Verfahrenswasser verwendet werden, zur Verwendung bei der Herstellung oder Konditionierung von Dung-Ausgangsmaterial rezykliert werden, als Viehtränkewasser verwendet oder zur Feldfruchtbewässerung verwendet werden. Der Feststoffausgang 912 aus den Separatoreinheiten 208 wird gewöhnlich durch Mahlen, Pelletieren, Granulieren, Einsacken usw. weiter verarbeitet. Die Feststoffe 912 können jedoch als Zwischenprodukt zur Bildung anderer Produktarten verwendet werden. Sie können beispielsweise zur Verwendung beispielsweise in Ballen verpackt werden, und zwar ähnlich wie ein Torfmaterial, sie können zu Briketts, Rollen oder andere Formen geformt werden, die bei der Erosionsverhinderung, wie Strohwalzen, verwendet werden (die aber einen höheren Nähr- oder Bodenaufbauwert als Stroh haben), sie können allein oder in Kombination mit anderen Materialien zum Verbrennen verwendet werden, so dass der Brennwert des Materials genutzt wird, sie können in einem Biokonversionssystem zur Produktion von Methan oder Biogas-Kraftstoff verwendet werden, sie können als Tierfutter verwendet werden oder sie können für eine gewünschte Verwendung oder für eine weitere Verarbeitung zu einem späteren Zeitpunkt aufbewahrt werden. Entsprechend wird der Mehl- bzw. Pulverausgang 914 aus dem Mahlbetrieb gewöhnlich durch Pelletieren, Granulieren, usw. weiter verarbeitet, kann aber als Zwischenprodukt verwendet werden, so dass andere Produktarten erhalten werden, wie ein Schlamm zum Sprühanwenden, Hydro-Mulchen usw. Das Endprodukt 915 wird vorzugsweise als Düngemittel verwendet, eignet sich aber auch wie oben für Zwischenprodukte.
  • In jedem der stromabwärts befindlichen Betriebe kann der Wasserdampf gewonnen und zu den Separatoren bzw. Kühlern 208 zur Wiederverwendung rezykliert werden. Die erfindungsgemäßen Systeme lassen sich offensichtlich an verschiedene Konfigurationen und verschiedene Designs anpassen, die von den Verfahrensanforderungen und Ökonomien bestimmter Tierhaltungsbetriebe abhängen. Verschiedene herkömmliche Wärmegewinnungs- und Reyzklieraspekte, die in der 5 nicht gezeigt sind, können zu einer kommerziellen Installation der erfindungsgemäßen Systeme ausgelegt werden, indem man gewöhnliche Qualifikationen zur Ausgestaltung der Verfahrenstechnik verwendet, wie u. a. die in der 1 gezeigte Feinstoff-Rezyklierung 305, die Verwendung des Gas- bzw. Dampfstroms 914 für verschiedene Wärmegewinnungs- und Vorwärmanwendungen, das Einbringen von Bindemitteln, Additiven und Mischmaterialen an verschiedenen gewünschten Stellen im System, das Kühlen der Verbrennungsluft und/oder Tierstall-Ventilationsluft, beispielsweise durch Wasserberieselung, zur Steigerung der Effizienz und des Energieausgangs der Gasturbinen, Entwässerung von Dung-Ausgangsmaterial mit sehr hohem Wassergehalt usw. Das fertig pelletierte, granulierte oder geprillte Produkt 915 kann eingesackt oder in großer Menge für konventionelle Endgebrauchsanwendungen versandt werden.
  • Dem Fachmann ist es ersichtlich, dass mehrfache Gasturbinen, andere Motoren und/oder Brenner gleicher oder verschiedener Arten und Größen gemeinsam vervielfältigt werden können, damit mehrfache Trockenbehälter gleicher oder verschiedener Arten und Größen in einer einzelnen Installation beschickt werden können. Dies kann erfolgen, damit nicht nur eine erhöhte Ausgangsmaterial-Verarbeitungskapazität geschaffen wird, sondern auch eine Arbeitsflexibilität zum Verarbeiten verschiedener Ausgangsmaterial-Beschickungen und zum Durchführen der Ausrüstungs-Wartung bereitgestellt wird, ohne dass der Betrieb ausgesetzt werden muss.
  • Es wurden zwar verschiedene Ausführungsformen dieser Erfindung veranschaulicht und beschrieben, diese dienen jedoch lediglich der Veranschaulichung, und es können bei der Erwägung dieser Erfindung und innerhalb des Schutzbereichs der folgenden Ansprüche verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Die Erfindung betrifft Anlagen und Verfahren zur Umwandlung von Gülle in neue Düngemittel und/oder Bodenaufbauprodukten für den organischen Landbau. Die Anlage umfasst einen Gasturbinengenerator (bevorzugt eine Wärmequelle), einen Trocknerbehälter sowie eine Bearbeitungseinheit, wobei die Leitung zwischen Gasturbine und Trockner im Wesentlichen die gesamten Abgase der Gasturbine in den Trockner leitet und im Wesentlichen die Einführung von Luft in den Trockner ausschließt. In den Trockner gelangt die Gülle und wird dann mit den Gasen der Gasturbine zusammengebracht, wobei die Gülle in ein Trockenmaterial umgewandelt wird. Dieses gelangt dann zur Bearbeitungseinheit, wo es in ein Granulat, Pellets oder in eine andere gewünschte Form für das fertige Trockendüngerprodukt umgewandelt wird. Das Verfahren umfasst das Trocknen, Erwärmen und Umwandeln der Gülle unter Herstellung eines neuen selbstbindenden Düngemittels und Bodenaufbauprodukts für den organischen Landbau und andere Zwecke.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - US 5535528 [0006]
    • - US 5685153 [0006]
    • - US 6039774 [0006, 0049]
    • - US 6125633 [0006]
    • - US 6173508 [0006]
    • - US 6171499 [0006]
    • - US 6524632 [0006]
    • - US 6613562 [0006]
    • - US 6682578 [0006]
    • - US 5354349 [0009]
    • - US 6461399 [0009]
    • - US 6517600 [0009]
    • - US 6645267 [0009]
    • - EP 0677237 [0041]
    • - US 5746006 [0054]
    • - US 5570517 [0054]
    • - US 6367163 [0054]
    • - US 4997469 [0070]
    • - US 5676729 [0070]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • - www.eia.doe.gov/oiaf/1605/ggrpt/ [0072]

Claims (25)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Düngemittelproduktes aus einem Dung-Ausgangsmaterial, umfassend: Betreiben eines Gasturbinengenerators zur Strom- und Abgaserzeugung; Zusammenbringen der Abgase mit dem Dung-Ausgangsmaterial, das einen Feuchtigkeitsgehalt von mindestens etwa 30 Gewichtsprozent aufweist, in einem Trockenbehälter für eine hinreichende Kontaktzeit, dass ohne signifikante Oxidation des Dung-Ausgangsmaterials ein getrocknetes Düngemittelmaterial hergestellt wird, das einen Feuchtigkeitsgehalt von weniger als etwa 20 Gewichtsprozent aufweist; und Verarbeiten und Formen des Düngemittelmaterials zu einer Granulat-, Pellet- oder Prillgranalienform des Düngemittelproduktes, das sich für herkömmliche Trockendüngemittelanwendung in einem Ackerbaubetrieb eignet.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Dung-Ausgangsmaterial einen Feuchtigkeitsgehalt von mindestens etwa 50 Gewichtsprozent aufweist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Düngemittelmaterial einen Feuchtigkeitsgehalt von weniger als etwa 15 Gewichtsprozent aufweist.
  4. Vorrichtung zur Behandlung von Dung-Ausgangsmaterial, umfassend: eine Gasturbine; und einen Trockenbehälter, der dazu ausgelegt ist, dass er die Abgase aus der Gasturbine durch eine Verbindung aufnimmt, und der dazu ausgelegt ist, dass er das Dung-Ausgangsmaterial aufnimmt; wobei die Verbindung zwischen der Gasturbine und dem Trockenbehälter derart ausgelegt ist, dass sie im Wesentlichen das Einbringen von Luft in den Trockenbehälter ausschließt.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Verbindung zwischen der Turbine und dem Trockenbehälter weiter derart ausgelegt ist, dass im Wesentlichen 100% des Gasturbinenabgases in den Trockenbehälter geleitet werden.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei der Trockenbehälter ausgelegt ist zum Trocknen oder zur thermischen Behandlung eines Dung-Ausgangsmaterials durch direkten Kontakt der Abgase und des Dung-Ausgangsmaterials, so dass man ein Düngemittel-Material oder Bodenaufbaumaterial erzeugt.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 4, zudem umfassend eine Verarbeitungseinheit, die dazu ausgelegt ist, dass die das Material aus dem Trockenbehälter aufnimmt, und selbiges zu einer Granulat-, Pellet- oder Prillgranalienform formt.
  8. Düngemittelmaterial oder Bodenaufbaumaterial, umfassend ein Dung-Ausgangsmaterial, das bei hinreichenden Temperaturen thermisch behandelt wurde, ohne signifikante Oxidation und für einen hinreichenden Zeitraum, dass ein selbstbindendes Dungmaterial erhalten wird, das sich zu Granulaten, Pellets oder Prillgranalien formen lässt, die sich zur konventionellen Trockenanwendung bei einem Ackerbaubetrieb eignen.
  9. Düngemittel-Material oder Bodenaufbaumaterial nach Anspruch 8, umfassend weniger als etwa 15 Gewichtsprozent Feuchtigkeit.
  10. Düngemittel-Material oder Bodenaufbaumaterial nach Anspruch 9, das zu Granulat, Pellets oder Prillgranalien geformt wird.
  11. Fahrbares System zur Verarbeitung von Dung-Ausgangsmaterial zur Herstellung eines Düngemittelproduktes oder Bodenaufbauproduktes, umfassend: mindestens eine fahrbare Trockeneinheit, die dazu ausgelegt ist, dass sie ein Dung-Ausgangsmaterial trocknet, so dass man ein Düngemittel- oder Bodenaufbaumaterial erhält; und mindestens eine fahrbare Verfahrenseinheit, die ausgelegt ist, dass sie das Düngemittel- oder Bodenaufbaumaterial aus der Trockeneinheit zu einem Düngemittelprodukt oder Bodenaufbauprodukt umwandelt, dessen Form sich zur herkömmlichen Aufbringung auf den Booden in einem Ackerbaubetrieb eignet.
  12. Fahrbares System nach Anspruch 11, wobei die Trockeneinheit eine Gasturbine und einen Trockenbehälter umfasst.
  13. Fahrbares System nach Anspruch 12, wobei die Gasturbine und der Trockenbehälter durch eine Anordnung verbunden sind, die dazu ausgelegt ist, dass die Gasturbinenabgase in den Trockenbehälter geleitet werden, und die dazu ausgelegt ist, dass das Eindringen von Luft in den Trockenbehälter verhindert wird.
  14. Fahrbares System nach Anspruch 13, umfassend: eine erste auf einer Gleitschiene befestigte Einheit, die die Gasturbine aufweist, welche einen zur Stromerzeugung ausgelegten Generator umfasst; eine zweite auf einer Gleitschiene befestigte Einheit, die den Trockenbehälter aufweist, der zur Verbindung an den Gasturbinengenerator ausgelegt ist, damit er die Gasturbinenabgase aufnimmt und das Eindringen von Luft in den Trockenbehälter verhindert; und eine dritte auf einer Gleitschiene befestigte Einheit, die die Verarbeitungseinheit umfasst.
  15. Fahrbares System nach Anspruch 14, wobei das fahrbare System auf einem LKW befestigt wird.
  16. Vorrichtung zum Verarbeiten von Tiergasen, umfassend: eine Gasturbine mit einem Verbrennnungslufteinlass; und einen Tierstall, aus dem die Ventilationsluft entlassen wird, wobei der Verbrennungslufteinlass derart ausgelegt ist, dass er zumindest einen Teil der Ventilationsluft aufnimmt, die aus dem Stall entlassen wird.
  17. Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei der Verbrennungslufteinlass an dem Tierstall angeschlossen ist, und zwar mit einer Verbindung, die dazu ausgelegt ist, dass sie zumindest einen Teil der entlassenen Ventilationsluft in den Verbrennungsluftreinlass leitet.
  18. Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei die Gasturbine einen Gasturbinengenerator umfasst.
  19. Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei der Auslass der Gasturbine an einen Trockenbehälter angeschlossen ist, der zur Aufnahme des Dung-Ausgangsmaterials ausgelegt ist.
  20. Verfahren zur Herstellung eines Düngemittel- oder Bodenaufbauproduktes, umfassend: Produzieren heißer Verbrennungsabgase aus einer Gasturbine, einem Öl- oder Gasbrenner oder Kolbenmotor; Einleiten der Ventilationsluft aus einem Tierstall in den Brennlufteinlass der Turbine, des Brenners oder des Motors; und Zusammenbringen der heißen Verbrennungsabgase mit einem Dung-Ausgangsmaterial.
  21. Verfahren nach Anspruch 20, umfassend das Zusammenbringen der Abgase mit dem Dung-Ausgangsmaterial in einem geschlossenen System, das dazu ausgelegt ist, dass im Wesentlichen eine signifikante Oxidation des Dung-Ausgangsmaterials verhindert wird.
  22. Verfahren zur Reduktion von Treibhausgasemissionen aus einem Tierhaltungs-, kommunalen Abwasser- oder Dung-Biokonversions-Betrieb, umfassend: Einschließen von mindestens einem Teil des Betriebs, der Treibhausgase produziert, so dass die Gase eingedämmt werden; Leiten von zumindest einem Teil der Gase zu einem Verbrennungslufteinlass einer Gasturbine, einem Öl- oder Gasbrenner oder einem Kolbenmotor; Leiten von mindestens einem Teil der Abgase aus der Turbine, dem Brenner oder Motor, zu einem Trockenbehälter, zum Trocknen oder Behandeln eines Dung-Ausgangsmaterials.
  23. Verfahren nach Anspruch 22, wobei der eingeschlossene Betrieb ein Tierhaltungsstall ist.
  24. Verfahren zur Herstellung eines Düngemittel- oder Bodenaufbauproduktes, umfassend: Produzieren heißer Verbrennungsabgase aus einer Gasturbine, einem Öl- oder Gasbrenner oder Kolbenmotor; und Zusammenbringen der heißen Verbrennungsabgase mit einem Dung-Ausgangsmaterial, zur thermischen Behandlung des Ausgangsmaterials bei hinreichenden Temperaturen und für eine hinreichende Zeit, dass man ein selbstbindendes Dungmaterial erhält, dass sich zu Granulaten, Pellets oder Prillgranalien formen lässt, die für herkömmliche Trockenanwendungen in einem Ackerbaubetrieb geeignet sind.
  25. Verfahren nach Anspruch 24, umfassend das Zusammenbringen der Abgase mit dem Dung-Ausgangsmaterial in einem geschlossenen System, das dazu ausgelegt ist, dass es im Wesentlichen eine signifikante Oxidation des Dung-Ausgangsmaterials verhindert.
DE200511001722 2004-07-19 2005-07-18 Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Dünger aus Gülle und Dung Withdrawn DE112005001722T5 (de)

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