厌氧反应器制造技术

本发明专利技术公开了厌氧反应器，其包括设置成一个在另一个上方的两个或更多个分离的反应室。反应器可以为通过实心部件分开成分离的室的罐的形式，或者反应器可以为分开并且可堆叠的室的形式。另外，反应器可以是填充床反应器、流化床反应器或包括至少一个填充床反应室和至少一个流化床反应室的混合反应器。根据本发明专利技术的厌氧反应器的使用使得厌氧反应器所占的单位面积土地可以生产的生物气的产率提高。还公开了生产生物气的方法，该方法包括提供根据本发明专利技术的厌氧反应器，提供投料生物质，在反应器中进行生物质的厌氧消化和收集所产生的生物气。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于生物气(沼气)厌氧生产的反应器，具体地，涉及包括多于一个填充或流化床或层的厌氧反应器。
技术介绍
厌氧消化(厌氧发酵(anaerobic digestion))是其中微生物在不存在氧的情况下分解生物可降解材料的一系列过程。有三种主要厌氧消化产物生物气、厌氧消化物(digestate)和水。通过厌氧消化或生物可降解材料的发酵所产生的生物气(沼气)主要包括甲烷和二氧化碳。生物气中的甲烷可以燃烧以产生热和电。厌氧消化物包括进入消化器中的微生物不能使用的原始进料的固体残余。它还包括来自消化器内的死细菌的矿化残余。厌氧消化系统所产生的水来源于投料生物质的含水量以及消化过程中所产生的水。可以用厌氧消化处理几乎任何有机材料，包括生物可降解废物材料，如废纸、草屑、剩饭、污水、动物排泄物和液体废物。还可以将专门种植的能源作物进料到厌氧消化器中，如生物气生产专用的青贮料。厌氧消化特别适合于湿润的有机材料并且通常用于排放液和污水处理。由于厌氧消化造成进料体积和质量的减小一可以大大降低否则将可能注定会被掩埋或在焚烧炉中焚烧的有机物的量的工艺，因此厌氧消化广泛用于处理废水淤泥和有机废物。另外，由于该过程产生了适合于能源生产的富含甲烷和二氧化碳的生物气，因此在可再生能源的生产中使用了厌氧消化。可以使用厌氧消化设施中所产生的甲烷和电力来替代来源于化石燃料的能源，并因此减少温室气体的排放。这是由于以下事实生物可降解材料中的碳是碳循环的一部分。不久前，植物从大气中除去由生物气燃烧所释放到大气中的碳以用于它们的生长。这可以发生在最近十年内，但更通常地发生在上个生长季内。如果植物是再生的，它将再次从大气中除去碳，那么该系统将是碳中性的。这与在地球中已截存了数百万年的化石燃料中的碳形成对比，化石燃料中碳的燃烧提高了大气中二氧化碳的总体水平。作为肥料，厌氧消化后的富营养固体(厌氧消化物)残余是有价值的。多种不同的细菌与厌氧消化过程有关。这些包括水解细菌、有机酸形成细菌(产酸菌);乙酸形成细菌(产乙酸菌);和甲烷形成古细菌(产甲烷菌)。这些生物以初始原料为生，在最终转化为生物气之前初始原料经历了将其转化为包括糖、氢气和乙酸在内的中间体分子的多种不同过程(图I)。一般说来，进料或生物质是由大有机聚合物组成的。很多细菌不能利用这些大有机聚合物，因此很难获得该材料的能源潜力。厌氧消化过程是从如蛋白质、脂肪和碳水化合物的这些大有机分子的细菌水解开始的，它们被分解为如氨基酸、甘油、长链脂肪酸和糖的小分子。因此，细菌水解使得该进料对其它细菌可用。随后，产酸细菌将水解产物(糖、氨基酸等)转化为有机酸，如挥发性脂肪酸。在该阶段还形成了氢和二氧化碳。随后，产乙酸细菌将所得的有机酸转化为乙酸以及额外的氨、氢和二氧化碳。最终，分解乙酸的产甲烷菌将乙酸转化为甲烷和二氧化碳。同时，另一类产甲烷菌(氢利用产甲烷菌)将二氧化碳和氢重·组为甲烧和水(参见图I)。如上所指出的，有四类组成厌氧生物质的细菌。为了实施厌氧消化过程，必须将包括这四类细菌的厌氧生物质保持在反应器内。将厌氧细菌保持在反应器内使得反应器能够以较高的有机物加载速率运行。高速率厌氧反应器对于进料或有机材料的水力学保留时间是以小时测量的，而不是以天。长期以 来，在厌氧反应器内包括厌氧细菌是存在问题的。已发展出了多种反应器设计来克服该问题。具体地，当消化固体含量相对较低(通常，小于1000mg/l或更低)的废物时，使用填充床将厌氧细菌保持在反应器内(图2)。填充床反应器使用了可以随机取向或整齐排列的填充材料层或床。通常，填充床反应器包括填充介质床，其中将投料生物质或原料在填充床基部进料并向上流动通过填充床，而消化产物(处理过的液体和生物气)从床的顶部除去。填充在原理上的目的是保持厌氧细菌，特别是产甲烷菌，这是因为在厌氧细菌的四类细菌中，产甲烷菌生长最缓慢。产甲烷菌更喜欢与表面相结合，并因此具有高表面积比体积比的填充介质提供了理想的环境。填充床使得厌氧细菌能够保留在反应器内，并因此避免了等待细菌生长所花费的延迟时间，从而使该反应器能够以较高的加载速率和更短的水力学保留时间运行。然而，填充床反应器具有一些缺点。填充床设计的重要限制是需要保持足够低的通过填充床的合并上升流速(也就是说，液体的流动速度与细菌所产生的气体的流动速度的简单算术合并)以避免产甲烷菌从填充介质上剥落。理想地，将所述合并上升流速保持在约80至90米/天以下。在满载反应器中，根据进料强度和进料到反应器中的有机物的体积，这将填充床的深度限制在不超过2米至3米。对床深度的这种限制严格限制了可以处理的进料或有机物的量，并因此限制了可以从给定反应器占地面积(reactor footprint)所产生的生物气的体积。因此,对单位面积反应器基底面积的生物气生产潜能的这种限制严格限制了降低生产单位气体的厌氧反应器的基本费用的可能。已尝试通过设置竖直通过反应器的集气器来降低从反应器顶部散发出的气体体积，从而提高给定反应器基底面积的生物气产率。然而，由于生物质中产酸细菌所产生的高浓度挥发性酸通过降低pH产生了对其它厌氧细菌有毒的环境，因此这未对该问题提供满意的解决方法。因此，可以应用于反应器下部分的载荷受到限制，并因此可以从给定反应器基底面积(也就是说，反应器所占的土地面积)所产生的生物气的体积也受到限制。
技术实现思路
因此，我们已认识到需要可以从给定反应器占地面积生产更高生物气产率的厌氧反应器。以最广泛的方面根据本专利技术，提供了厌氧反应器，其包括设置成一个在另一个上方的两个或更多个分离的反应室。除了使室之间压力平衡所必需的有限相互连接外，反应室是彼此分开的。压力平衡装置可以用于使少量处理过的液体在室之间传递以使得一个室顶部的压力与它紧邻上方室底部的压力平衡。不是出于处理液体的目的连接室的，并因此可以认为反应室是分离的室。“分离的室”是指除达到压力平衡所必需的程度外，室是不互相连接的。具体地，在室之间没有细菌、生物质的流动或者厌氧消化产物的流动。每个室独立于其它室运行以生产生物气。厌氧反应器可以包括外壳，在外壳内将两个或更多个分离的反应室设置成一个在另一个上方。在这类实施方式中，可以通过实心部件(固体部件)(例如，实心板)将室彼此分开，其中每个实心部件将一个室中的过程与相邻室中的过程分开。由于外壳可以为分离的反应室提供结构支撑，因此实心部件不需要是结构性的。因此，实心板应具有足够的强度以支撑其本身，以抵挡出于混合目的朝向它的进料流动，和以应对相邻室之间压力的小变化，但是它可以不具有足够的强度以支撑厌氧反应器。因此，在特别优选的实施方式中，可以认为反应器的结构是标准罐，优选地，竖直圆柱形罐，其通过一个或多个实心部件被分为分离的室。分成分离的室的标准罐的使用有助于最大程度降低成本。由于分离的室的设置，下室中的压力等于上方室所施加的总“压头”。因此，为了控制液体和气体向大气压力的转移，一般优选地在每个室的排放口设置至少一个压力调节或压力维持装置。压力调节装置可以为阀的形式。在其中实心部件用于将一个室中的过程与相邻室中的过程分开的实施方式中，在相邻室之间设置压力平衡装置有助于防止将相邻室分开的实心部件的毁坏。可替换地，可以通过分开且可堆叠的每个室将室分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德鲁·普雷博勒，
申请(专利权)人：先进生物气体科技责任有限公司，
类型：
国别省市：