專利名稱：用于甲烷化具有高固態(tài)組分的生物質(zhì)的生物反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種如權(quán)利要求1前述部分所述的、用于甲垸化具有高固態(tài)
組分(solids fraction)的生物質(zhì)的生物反應(yīng)器。
術(shù)語"具有高固態(tài)組分的生物質(zhì)"應(yīng)理解為其涵義與例如用在濕發(fā)酵過
程中的液體的、可泵送的生物質(zhì)相反。因此"具有高固態(tài)組分的生物質(zhì)"應(yīng) 理解為不可泵送的生物質(zhì)。
背景技術(shù)：
從專利文獻(xiàn)EP 1 301 583 Bl中已知根據(jù)權(quán)利要求1前述部分所述的生物 反應(yīng)器，在此援引該專利文獻(xiàn)的全部公開內(nèi)容，以避免不必要的重復(fù)，并且 將該專利文獻(xiàn)所公開的內(nèi)容專門地結(jié)合到本申請中。
這種已知的生物反應(yīng)器包括類似預(yù)制車庫形式的消化池，利用擋板 (flap)將所述消化池以氣密的方式密封。可以通過輪式裝載機(whed loader)
來裝載未發(fā)酵的生物質(zhì)和卸載已發(fā)酵的殘余生物質(zhì)。由于在發(fā)酵過程中生物 質(zhì)的沉積，使得生物質(zhì)擠壓在擋板上。因此擋板必須以相應(yīng)的堅固方式構(gòu)造， 并且還必須以精確的方式關(guān)閉，以便充分地密封消化池。這種構(gòu)造堅固同時 能精確移動的擋板較為昂貴。此外，在裝載大量生物質(zhì)的情況下，存在著擋 板不能夠再精確地密封和關(guān)閉的風(fēng)險。為了解決此問題，專利文獻(xiàn)DE 202005014176.3提出了一種設(shè)在擋板后面的保持系統(tǒng)(retaining system)， 該保持系統(tǒng)防止了沉積的生物質(zhì)壓在擋板上。
在專利文獻(xiàn)DE 102 57 849 Al中描述了一種車庫狀發(fā)酵罐，在該發(fā)酵罐 中，生物質(zhì)從底部通過篩狀底座(screen base)被充入生物氣。該篩狀底座 也相應(yīng)地用作滲濾液的排放系統(tǒng)，類似于本申請的情況，所述滲濾液也通過 泵進行循環(huán)。但是沒有描述對填充液位(fill level)的控制。
專利文獻(xiàn)DE 101 29 718 Al描述了一種直立發(fā)酵罐，其通過螺旋運輸器 經(jīng)由分隔的開口進行連續(xù)的裝料和退料(withdrawal)來甲垸化家庭生物廢
物(biowaste)。其使用篩狀底座分離滲濾液，并通過泵使?jié)B濾液進行循環(huán)， 但并無法控制滲濾液的填充液位。
專利文獻(xiàn)DE 44 44 462 Al也涉及一種直立發(fā)酵罐，在發(fā)酵期間生物質(zhì) 在該發(fā)酵罐頂部以非連續(xù)且氣密的方式進行填充、在發(fā)酵期間下沉、并且在 那里以非連續(xù)且氣密的方式排出。使用受控的滲水再循環(huán)以將形成在頂部的 有機酸輸送到反應(yīng)器的進行發(fā)酵的下部區(qū)域。生物材料的固態(tài)組分被規(guī)定為 30%至55%。
在專利文獻(xiàn)DE201 21 701 Ul中描述了一種包括兩個反應(yīng)器的兩步驟系 統(tǒng)。在第一個反應(yīng)器中，在濕處理(wet process)中，使生物質(zhì)保持浸泡在 包含厭氧細(xì)菌的處理液(processing liquid)中，并由此將生物質(zhì)從一個進料 口運輸至出料口。通過再循環(huán)將處理液灑在生物質(zhì)上。將處理液輸送入第二 反應(yīng)器中并在該第二反應(yīng)器中發(fā)酵。然而，在兩個反應(yīng)器中都產(chǎn)生生物氣。 作為替代該濕過程的另一選擇，也可以在第一反應(yīng)器中處理具有高固態(tài)組分 的生物質(zhì)。在這種情況下，生物氣主要在第二反應(yīng)器中產(chǎn)生。其并未描述對 該處理液的填充液位的控制。
專利文獻(xiàn)EP 0 803 568 Al描述了一種生物氣生產(chǎn)設(shè)備(plant)，其用于 發(fā)酵具有大約25%干物質(zhì)的固態(tài)組分的生物質(zhì)。該設(shè)備包括多個反應(yīng)器，所 述反應(yīng)器彼此連接，以使從反應(yīng)器排出的原料能夠有目的地供應(yīng)給其他反應(yīng) 器，從而在每個反應(yīng)器中獲得單獨的以及最佳的過程控制。
盡管在許多情況下，生物質(zhì)的氣體產(chǎn)量和生物質(zhì)的必要停留時間是足夠 的，但是仍然可以期望更高的氣體產(chǎn)量和/或生物質(zhì)在消化池中的更短的停留 時間。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于，改進從專利文獻(xiàn)EP 1 301 583 Bl中已知的生 物反應(yīng)器，以便增加氣體產(chǎn)量并減少生物質(zhì)在消化池中必要的停留時間。
這一目的是通過根據(jù)權(quán)利要求1前述部分所述的生物反應(yīng)器依靠權(quán)利要 求l的特征部分來實現(xiàn)的。
在干生物質(zhì)、即不可泵送的生物質(zhì)的發(fā)酵過程中，因包含在生物質(zhì)中的 水分而形成所謂滲濾液的滲透液，所述滲濾液通過排放系統(tǒng)排出，并且如需
要的話，使?jié)B濾液從頂部再次回到待發(fā)酵的生物質(zhì)上?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，當(dāng)并不立 即由排放系統(tǒng)排出產(chǎn)生的滲濾液，而是使?jié)B濾液積聚在消化池中直至特定的
液位時，生物氣產(chǎn)量顯著地提高10%至40%。這是通過技術(shù)裝置來實現(xiàn)的， 在該技術(shù)裝置中，消化池是液密性的，亦即用于消化池的裝載和卸載的擋板 必須是液密性的，并且以相應(yīng)的堅固方式設(shè)計，以便承受所產(chǎn)生的液體壓力。 通過將已有的滲濾液排放系統(tǒng)與滲濾液控制系統(tǒng)連接，能夠調(diào)節(jié)和控制正在 發(fā)酵的生物質(zhì)內(nèi)的滲濾液的液位，使生物氣產(chǎn)生率或生物氣產(chǎn)量最大化。
根據(jù)如權(quán)利要求2所述的本發(fā)明的優(yōu)選實施例，滲濾液控制系統(tǒng)包括滲 濾液儲存器，所述滲濾液儲存器通過滲濾液排放導(dǎo)管連接到滲濾液排放系 統(tǒng)。在滲濾液排放導(dǎo)管內(nèi)設(shè)置有閥，通過該閥可使在消化池中形成的滲濾液 積聚至期望的高度。通過這種操作，調(diào)節(jié)滲濾液液位的高度以使生物氣產(chǎn)量 最大化。通過重力的作用使?jié)B濾液排入滲濾液儲存器中。
根據(jù)如權(quán)利要求3所述的本發(fā)明的優(yōu)選實施例，在滲濾液排放導(dǎo)管中設(shè) 置滲濾液泵，以便能夠不受重力影響地將滲濾液排入滲濾液儲存器中。在這 種情況下，滲濾液泵可同時兼具閥的功能。
根據(jù)如權(quán)利要求4所述的本發(fā)明的優(yōu)選實施例，填充液位傳感器例如為 簡單的壓力傳感器，其設(shè)置在消化池的底座區(qū)域中的滲濾液排放導(dǎo)管內(nèi)。這 種壓力傳感器十分便宜，并且不會被化學(xué)活性強的滲濾液腐蝕。
根據(jù)如權(quán)利要求5所述的本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例，滲濾液控制系統(tǒng) 還包括滲濾液回流管路，從而以原本已知的方式使?jié)B濾液從滲濾液儲存器回 到消化池中。
根據(jù)如權(quán)利要求8所述的本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例，在滲濾液儲存器 中放置有多個填充體(fill body)，使產(chǎn)生生物氣的微生物能夠特別好地積 聚在所述填充體中。根據(jù)權(quán)利要求9，這可以通過簡單的方式來實現(xiàn)通過 將具有高固態(tài)組分的生物質(zhì)的固定床(fixed bed)裝入滲濾液儲存器中。在 這種方式下，滲濾液儲存器自身也可以用作生物反應(yīng)器，并且可以從該滲濾 液儲存器中排出生物氣。
根據(jù)如權(quán)利要求10所述的本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例，可將多個根據(jù) 本發(fā)明的生物反應(yīng)器相互連接，以提供一生物氣產(chǎn)生系統(tǒng)。此外，使多個生 物反應(yīng)器包括共用的滲濾液儲存器。 根據(jù)如權(quán)利要求11所述的本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例，在這種情況下， 各生物反應(yīng)器附加地通過滲濾液連接管路相互連接。在這種方式下，例如可 以將各生物反應(yīng)器內(nèi)的液位調(diào)節(jié)為相同。
從以下參照附圖對本發(fā)明示例性實施例的描述中將顯示本發(fā)明的進一 步的細(xì)節(jié)，特征和優(yōu)點。


在附圖中-
圖1示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的生物反應(yīng)器的立體圖； 圖2示出了根據(jù)圖1的生物反應(yīng)器的、與裝載和卸載方向垂直的剖視圖； 圖3分別示出了圖1和圖2的生物反應(yīng)器的底板的示意圖； 圖4示出了根據(jù)圖1至圖3的生物反應(yīng)器的示意性剖視圖；以及 圖5示出了包括多個根據(jù)本發(fā)明的生物反應(yīng)器的生物氣產(chǎn)生系統(tǒng)的示例 性實施例的示意圖。
具體實施例方式
圖1至圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的生物反應(yīng)器或生物氣反應(yīng)器1 (視其情 況而定)的示例性實施例。生物反應(yīng)器包括長方體形狀的消化池2，所述消 化池2填充有生物質(zhì)4。消化池2由混凝土制成為類似預(yù)制車庫的形式，并 且包括六個平面壁構(gòu)件，特別地，這六個平面壁構(gòu)件為底板6、兩個側(cè)壁 8和9、蓋板IO、后壁12、以及可通過氣密擋板14密封的敞開的前側(cè)13。
擋板14可利用液壓裝置16致動。在擋板14打開的情況下，能夠視其 情況而以簡單的方式向消化池2填充生物質(zhì)或從消化池2移除殘余的生物 質(zhì)。在消化池2中產(chǎn)生的生物氣通過生物氣排放導(dǎo)管18排出。可在消化池2 的底板6中、并且某種程度上也可在側(cè)壁8和9中以類似地板加熱系統(tǒng)的方 式設(shè)置加熱系統(tǒng)20 (參閱圖3)，利用該加熱系統(tǒng)20能夠相應(yīng)地調(diào)節(jié)位于 消化池2中的生物質(zhì)4的溫度。至于其細(xì)節(jié)，請參照專利文獻(xiàn)EP 1 301 583 Bl 中相應(yīng)的描述。
底板6中還結(jié)合有滲透液排放系統(tǒng)22，所述滲透液排放系統(tǒng)22是通過 使底板6沿?fù)醢?4的方向輕微傾斜、并通過設(shè)置在擋板14后面的消化池的
前部區(qū)域中的通道24來實現(xiàn)的。通道24垂直于消化池2的縱向方向或者說 裝載和卸載方向延伸，并由打孔的或帶槽的板26覆蓋。在示例性實施例中 僅示出了一個通道24?？蛇x擇地，可以設(shè)置多個這種通道，這些通道也可以 垂直于縱向方向或沿著該縱向方向設(shè)置。
滲濾液液位28的高度由滲濾液控制系統(tǒng)30調(diào)節(jié)和/或控制。滲濾液控制 系統(tǒng)30包括滲透液或滲濾液排放導(dǎo)管32，匯集在通道24中的滲濾液通過該 排放導(dǎo)管32排入滲濾液儲存器34中。可利用閥36關(guān)閉滲濾液排放導(dǎo)管32， 以使匯集在消化池2中的滲濾液能夠積聚到期望的液位28。在滲濾液排放導(dǎo) 管32中設(shè)置滲濾液泵38，以便能夠不受重力影響地將滲濾液傳輸至滲濾液 儲存器34中。
在消化池2中滲濾液液位28的高度是通過采用壓力傳感器40形式的填 充液位傳感器確定的。壓力傳感器40布置在閥36之前的滲濾液排放導(dǎo)管32 內(nèi)。壓力傳感器40、閥36和滲濾液泵38通過控制線連接到控制單元44。 可通過附加的控制線46將例如消化池內(nèi)部中的氣體產(chǎn)出率、氣體壓力等進 一步的過程參數(shù)提供給控制單元44。在這種方式下，可通過控制單元44將 滲濾液液位28調(diào)整為使得氣體產(chǎn)出率保持在最大值。
圖1僅示出本發(fā)明實施例的示意圖，在圖1中，滲濾液儲存器34設(shè)置 在消化池下方。由于滲濾液泵38設(shè)置在滲濾液排放導(dǎo)管32內(nèi)，因此滲濾液 儲存器34也可以布置在與消化池2相同的高度上。
在圖4中，閥36沿著排出方向設(shè)置在滲濾液泵38之前?；蛘撸y36 也可以設(shè)置在滲濾液泵38之后。在這種情況下，壓力傳感器40也可以布置 在滲濾液泵38的泵井(pump sump)內(nèi)。在相應(yīng)的滲濾液泵38的實施例中， 該泵還可以兼具閥36的功能，即在滲濾液泵38的停止期間關(guān)閉滲濾液排放 導(dǎo)管32，以使?jié)B濾液能夠積聚在消化池中。
圖5示意性示出了生物氣產(chǎn)生系統(tǒng)，該生物氣產(chǎn)生系統(tǒng)包括依據(jù)圖1至 圖4的五個生物反應(yīng)器和消化池2-1至2-5。所述五個消化池2-1至2-5通過 五個滲濾液排放導(dǎo)管32-1至32-5連接到共用的滲濾液儲存器34。在根據(jù)圖 1至圖4的實施例中，在每個滲濾液排放導(dǎo)管32-i中設(shè)置有滲濾液泵38-i， 所述滲濾液泵38-i還兼具閥36的功能。在每個獨立的滲濾液泵38-i的泵井 中設(shè)置用于確定各消化池2-i中滲濾液液位的壓力傳感器40-i。來自共用的
滲濾液儲存器34的滲濾液可以通過滲濾液回流管路48回流到各消化池2-i 中，該滲濾液回流管路48包括滲濾液再循環(huán)泵50。滲濾液液位28可以通過 控制單元44來控制和調(diào)節(jié)?？刂茊卧?4與壓力傳感器40-1至40-5連接， 并致動滲濾液泵38-1至38-5和滲濾液再循環(huán)泵50。相關(guān)的控制線是根據(jù)圖 4來布置的，但為清晰起見，這些控制線沒有在圖5中示出。
此外，消化池2-i也可以通過滲濾液管路彼此連接(未圖示)。
附圖標(biāo)記一覽表
1生物反應(yīng)器
4生物質(zhì)
8側(cè)壁
10蓋板
13敞開的前側(cè)
16液壓系統(tǒng)
20加熱系統(tǒng)
24通道
28消化池中的滲濾液液位 32滲濾液排放導(dǎo)管 36閥
40壓力傳感器 44控制單元 2-i消化池 38-i滲濾液泵 50滲濾液再循環(huán)泵
2消化池 6底板 9側(cè)壁 12后壁
14裝載和卸載擋板
18生物氣排放導(dǎo)管
22滲透液和滲濾液排放系統(tǒng)
26打孔的或帶槽的板
30滲濾液控制系統(tǒng)
34滲濾液儲存器
38滲濾液泵
42控制線
46附加的控制線
32-i滲濾液排放導(dǎo)管
48滲濾液回流管路
權(quán)利要求
1. 一種生物反應(yīng)器，用于甲烷化具有高固態(tài)組分的生物質(zhì)(4)，該生物反應(yīng)器包括氣密的、可密封的消化池(2)；生物氣排放導(dǎo)管(18)；裝載和卸載開口(14)，其用于向所述消化池填充生物質(zhì)(4)，和清空所述消化池內(nèi)的生物質(zhì)(4)；以及滲透液或滲濾液排放系統(tǒng)(22)，其位于所述消化池(2)的底板(6)和/或壁(8，9，12)中，其特征在于，所述消化池是液密性的，并且所述滲濾液排放系統(tǒng)(22)連接到滲濾液控制系統(tǒng)(30)，以便控制所述消化池(2)內(nèi)的滲濾液液位(28)。
2. 如權(quán)利要求1所述的生物反應(yīng)器，其特征在于，所述滲濾液控制系 統(tǒng)(30)包括滲濾液儲存器(34)，其通過滲濾液排放導(dǎo)管(32)連接到所述滲濾液 排放系統(tǒng)(22);閥(36)，其設(shè)置在所述滲濾液排放導(dǎo)管(32)內(nèi)；以及 填充液位傳感器(40)，其用于確定所述消化池(2)內(nèi)的滲濾液液位 (28)。
3. 如權(quán)利要求2所述的生物反應(yīng)器，其特征在于，所述滲濾液控制系 統(tǒng)(30)包括滲濾液泵(38)，所述滲濾液泵(38)設(shè)置在所述滲濾液排放 導(dǎo)管(32)內(nèi)。
4. 如權(quán)利要求2或3所述的生物反應(yīng)器，其特征在于，所述填充液位 傳感器為壓力傳感器(40)，所述壓力傳感器(40)設(shè)置在所述滲濾液排放 導(dǎo)管(32)內(nèi)或消化池(2)內(nèi)。
5. 如前述權(quán)利要求中任一項所述的生物反應(yīng)器，其特征在于，所述滲 濾液控制系統(tǒng)(30)包括滲濾液回流管路(48)，所述滲濾液回流管路(48) 將所述滲濾液儲存器(34)連接到所述消化池(2)的上部區(qū)域。
6. 如前述權(quán)利要求中任一項所述的生物反應(yīng)器，其特征在于，所述裝 載和卸載開口 (14)優(yōu)選為可液壓致動的擋板，所述擋板以齊平的方式密封 所述消化池(2)。
7. 如權(quán)利要求6所述的生物反應(yīng)器，其特征在于，在所述消化池(2) 中沿填充方向在所述擋板(14)后面設(shè)置保持裝置，以使填充的生物質(zhì)(4) 自身至少部分地抵靠支撐在所述保持裝置上。
8. 如權(quán)利要求2至7中任一項所述的生物反應(yīng)器，其特征在于，在所 述滲濾液儲存器(34)中設(shè)置有多個填充體，產(chǎn)生生物氣的微生物能附著在 所述填充體上；并且所述滲濾液儲存器(34)包括生物氣排放管路。
9. 如權(quán)利要求6所述的生物反應(yīng)器，其特征在于，在所述滲濾液儲存 器(34)中的所述填充體形成具有高固態(tài)組分的生物質(zhì)的固定床。
10. —種生物氣產(chǎn)生系統(tǒng)，包括多個如前述權(quán)利要求中任一項所述的 生物反應(yīng)器(2-i)、以及一個共用的滲濾液儲存器(34)。
11. 如權(quán)利要求10所述的生物氣產(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于，大多數(shù)的單 獨的所述生物反應(yīng)器(2-i)通過滲濾液連接管路彼此連接。
全文摘要
說明了一種提高了氣體產(chǎn)量的生物反應(yīng)器，其中，減少了生物質(zhì)在消化池(2)中必要的停留時間。在干生物質(zhì)、亦即不可泵送的生物質(zhì)發(fā)酵時，因包含在生物質(zhì)中的水分而形成稱之為滲濾液的滲透液，并且所述滲濾液通過排放系統(tǒng)(22)排出，并且如合適的話，將滲濾液從頂部再循環(huán)到待發(fā)酵的生物質(zhì)上。現(xiàn)已證明，當(dāng)并不立即由排放系統(tǒng)排出產(chǎn)生的滲濾液，而是使?jié)B濾液積聚在消化池中直至特定的液位時，生物氣產(chǎn)量顯著地提高10％至40％。這是通過此種裝置來實現(xiàn)的消化池被設(shè)計成液密性的，亦即，用于消化池的裝載和卸載的擋板(14)必須是液密性的，并且還必須以相應(yīng)的堅固方式設(shè)計，以便承受所產(chǎn)生的液體壓力。通過將已有的滲濾液排放系統(tǒng)與滲濾液控制單元(30)結(jié)合在一起，能夠調(diào)節(jié)和控制待發(fā)酵生物質(zhì)內(nèi)滲濾液的液位，使生物氣產(chǎn)生率或生物氣產(chǎn)量最大化。
文檔編號C12M1/107GK101389746SQ200780006221
公開日2009年3月18日 申請日期2007年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月21日
發(fā)明者彼得·盧茨 申請人:貝肯能量科技兩合公司