在具有两个或更多个级的生物气体方法中用于渗滤器的气密过程控制的方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及在水解和甲烷级的两个或更多个级中获得生物气体的方法和系统，其中在至少两个以偏置时间操作的渗滤器中执行固体生物源材料的水解。从而在所述渗滤器中产生液体水解物和富含CO2的水解气体，然后是包含甲烷的水解气体。从所述渗滤器中除去液体水解物，其中部分水解物被送入甲烷级，而另一部分被送入水解级。在甲烷级中，水解物被转化为生物气体和发酵液。在本发明专利技术的方法中，渗滤器以气密的方式操作，并且从所述渗滤器抽出水解气体，其中包含甲烷的水解气体被送至能量利用，而富含CO2的水解气体用于吹扫另一个在偏置时间下操作的渗滤器。本发明专利技术的系统适合于执行所述方法并且包含至少两个气密渗滤器和至少一个甲烷反应器，所述渗滤器通过它们的气体供应线相互连接。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及在具有两个或更多个级的生物气体方法中用于渗滤固体生物源材料的方法和系统。本专利技术适用于再生能源产生领域。
技术介绍
利用生物气体设备发生从可再生原材料、可生物得到的废物及其他材料生产生物气体，在所述设备中微生物将所述材料生物转变成由主要组分甲烷和二氧化碳组成的生物气体。可生物降解的(此后称为“生物源的”)材料转变成生物气体发生在几个生化步骤 中，即水解、产酸、产乙酸和产甲烷。在水解中，水溶性组分从生物源材料溶解，而非水溶性生物源材料通过许多细胞外酶分解为水溶性的、通常低分子的材料。为了加速某些分解过程，还可以使用所谓的外部酶。在后续的产酸中，在水解期间溶解的材料被转化为短链有机酸，例如短链脂肪酸和氨基酸。在产乙酸期间，有机酸被转化为乙酸，在该过程中形成co2。产乙酸的产物在产甲烷期间利用甲烷细菌被转化为甲烷。在单级生物气体设备中，这些过程在时间与空间方面平行发生。在两级生物气体方法中，水解和产酸的子步骤(第一级)与产乙酸和产甲烷的子步骤(第二级)在使用技术设备和过程上分离。从而有可能分别控制在水解期间和产甲烷期间分别发生的转化过程中的不同环境条件。这导致控制水平提高和方法的稳定性更高。因此，两个或更多个级的生物气体方法可以在生物气体中产生比单级生物气体方法更高的甲烷浓度。随着水解过程被技术上分离，可以转变各种各样的基质，使得生物气体设备的模块化设计成为可能。在现行的语言用法中，两级生物气体方法的第一级经常被简称为水解级，第二级被称为甲烷级。水解级在所谓的水解反应器中发生。甲烷化在所谓的甲烷反应器中发生。水解之后的水溶液通常被称为水解物。下文中，将依照简化的语言用法。在水解反应器中，生物源材料被分解为短链有机酸，同时形成水解气体。通常，该水解气体从过程中被排出，不进一步在过程中运用。对于水解固体生物源材料，各种各样的方法都是适合的。除在搅拌釜反应器或活塞流动发酵罐中的水解以外，利用渗滤的方法是通用的。在渗滤中，将固体生物源材料堆放在水解反应器、所谓的渗滤器中，并用液体(工艺用水)喷洒。渗滤期间形成的液体，其带有有机酸(水解物，本文中也称为渗滤液)，被从渗滤器输送到临时储罐中。储存在相应的水解物罐中的水解物，以受控方式被送入甲烷反应器中。在该反应器中，在厌氧条件下生存的甲烷细菌形成含甲烷的生物气体。这种进给控制使得有可能控制甲烷形成。根据现阶段的知识状况，甲烷形成以两种方式发生，即通过乙酸营养型和氢营养型转变，二者在甲烷反应器中平行运行。水解物中包含的有机物质从而转变成甲烷并转变成其它副产物。剩下的液体很大程度上没有生物源材料的有机分解产物，被称作发酵液。该发酵液从甲烷反应器中排出。固体生物源材料的水解是现有技术中已知的，并利用所谓的需氧渗滤(本文中还称为“开放渗滤”或“开放水解”)来执行。与必需有气密渗滤器的厌氧方法相反，在需氧渗滤中有空气流入的可能性，因此存在有机组分需氧转变成二氧化碳和水的可能性，和气体直接排入大气的可能性，导致潜在的生物气体形成和形成的水解气体持续逸出的损失。需氧操作期间存在的水解气体主要含有二氧化碳，并且还可以包含少量的氢、甲烷和痕量的其它气体，例如h2s。WO 2006/048008和WO 2007/012328A1两者都描述了两级生物气体方法，其中执行需氧渗滤，使得形成的水解气体可以逸入大气。生物源材料的需氧周转造成二氧化碳和水的形成增加，因此基质可用的能量含量不利地降低。 除了通过甲烷化形成的生物气体之外，渗滤期间形成的水解气体还部分可以包含甲烷。这尤其在限制或防止供应渗滤用氧时发生。在开放渗滤中，形成的任何甲烷可以逸入大气。这对于经济和生态地产生生物气体两者都是一个缺点。它导致增加温室气体对大气的污染，并且因为相应量的甲烷不再可用于能量回收，所以降低了能量产出。此外，通过在需氧渗滤期间的氧进入，促进了生物源材料需氧分解为二氧化碳和水，其发生伴随该生物气体过程的能量损失。如果以气密方式执行渗滤并从而限制或完全阻止任何氧进入渗滤器中，则有机组分以厌氧方式转化。发生厌氧渗滤的两级生物气体方法是已知的，例如，出自DE102006009165A1。DE 102006009165A1公开了从含有有机材料的废物两级生产生物气体的方法和适合于这种方法的操作的反应器。所述渗滤器不通风，使得水解过程控制惟有以厌氧方式发生。从而形成的水解气体从渗滤器排出并被浪费掉。借助于所使用的有机材料的厌氧转化，水解气体中的甲烷浓度在厌氧渗滤期间可达到比需氧渗滤期间更高的水平。已知的方法是通过接种向水解级加入甲烷形成微生物，以便允许在需氧渗滤法的水解级期间已经产生在能量方面可用的甲烷。此外，可以通过增加水解物在水解级中的停留时间来实现转化为甲烷。为此，DE102008007423A1公开了两级生物气体方法和相应的系统，藉此至少部分水解气体被转变成热能。从水解气体产生的热能被用来承担在所述生物气体设备内产生的部分能量需求。然而，如果水解气体的甲烷含量低并且同时它的CO2含量高的话，水解气体的这种热用途是不利的，因为在这种情况下惰性气体需要耗能输送。渗滤器内部甲烷浓度增加，一旦再次引入氧，就可能产生可燃的气体混合物。在渗滤器的运转中，需要考察这种情况的安全性关系。在气密设计的渗滤器中，如果存在具有安全性相关的甲烷浓度的水解气体的话，所述水解气体的安全排放是必要的。此外，应该充分降低渗滤器内部气体的甲烷浓度，尤其在排空渗滤器之前，从而能够在打开所述罐时消除可燃的气氛。因此，渗滤器中包含的气体(本文中还称为渗滤器的“气氛”)通常在打开所述渗滤器之前通过利用废气燃烧器烧掉它来排除。为此，在大多数情况下需要使用共燃烧形式的另一种能源，因为通常不可能只燃烧所述气体。为了避免从所述气密设计的渗滤器逸出安全性临界浓度的甲烷，已知的解决方案是降低水解气体中的甲烷浓度。EP 1301583B1公开了设计用于通过干发酵进行单级甲烷化的生物气体设备，其本身特点在于它的出色安全性。为了实现该目的，所述设备配备了测量发酵罐中氧分压的传感器。如果氧分压超过某个极限值，它发出信号，氧通过泄漏进入。生物气体管自动关闭，从生物气体利用设备中送进主要由二氧化碳构成的废气。发酵罐中存在的气体可以通过放气阀逸出，使得最后留在罐中的几乎只有二氧化碳。EP 2103681A2公开了作为EP 1301583B1的系统的进一步发展的解决方案，其中使用来自综合供热供电设备(CHP)的含二氧化碳的废气驱除来自单级干发酵过程的含甲烷的生物气体。通过在单个生物气设备内这样做，可以同时执行前面的发酵基质((需氧过程)的发酵(固体生物源材料从甲烷和二氧化碳厌氧转化成生物气体)和堆肥，而不必要将基质转用于堆肥。这种方法通过这样的方式构成在单级生物气体生产过程中，在发酵结束前，通过在发酵过程结束时供给来自CHP的含二氧化碳的废气来发生发酵罐气相的清除。存在于发酵罐中的气体的甲烷浓度利用传感器测定。如果气体的甲烷含量超过某个极限值(在该极限值时利用所述气体进行能量回收才有意义)，所述气体被送入CHP。如果所述值低于该极限值，所述气体被通过废气燃烧器排出和燃烧，这可以包括供给添加的燃料。如果气体的甲烷含量持续低于较低的第二极限值(在该值时可允许从发酵本文档来自技高网...

【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：约亨·格罗斯曼，
申请(专利权)人：智康工程顾问有限公司，
类型：
国别省市：