[发明专利]用于从有机材料生成生物气的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于从有机材料生成生物气(沼气)的装置，所述装 置包括生物气反应器，该生物气反应器包括要被充填有机材料的充填 室和用于至少部分地从生物气反应器排出有机材料的回流通道。

本发明还涉及用于生成生物气的方法。

背景技术

在生物气(biogas)的生成过程中，使用厌氧细菌来分解不再与活 生物体相连的有机材料并将有机材料转变为气体。厌氧细菌是自然循 环中的最后一环并且在自然界中无处不在，例如在反刍动物的胃中或 者湖泊和沼泽地的黑泥中都存在。在厌氧发酵中，首先，兼性甲基营 养菌(facultative methylotroph)将从专性甲基营养菌(obligate methylotroph)分化。在厌氧发酵中用作原材料的有机材料例如包括来 自工业、烹饪行业、商业、农业(淤泥和固态粪便)的有机材料或残 留物或者再生粗产物(玉米青贮、牧草青贮和其它矮株植物)。这些有 机材料主要由碳水化合物、脂肪和蛋白质构成。无规兼性甲基营养菌 (random facultative methylotroph)还可以在存在氧的条件下存活。它 们以处理的第一阶段为主并将有机材料分解为醇、脂肪酸及其盐。处 理的所述第一阶段称为产酸阶段或水解。在第二阶段，专性甲基营养 菌将醇、脂肪酸及其盐转化为气体。该第二阶段称为甲烷化阶段。第 一阶段和第二阶段延迟大约6小时出现，在开始的6小时中出现所谓 的水解阶段。

图1是一般性地示出自然发酵过程的示意图。具体地说，该示意 图示出随着天数流逝的有机干物质(ODS)分解百分比(实线)。在这 点上可以观察到，在开始的20天中，干物质的分解进行得非常缓慢。 在存在相应营养物供给的情况下，存在于全部有机废料中的仅仅很少 数的细菌以对数比生长繁殖(虚线)。有机体按照与细菌的生长繁殖比 率相同的比率分解并转化为气体。然而，令人期望的是有机干物质的 分解百分比为70％，也就是说，根据图1的示意图，在自然发酵过程 中只有在大约40天之后才能达到这一点。生物气系统的目的是为有机 发酵提供环境，从而能够显著地加快有机发酵。

从专利公开文献DE3010183A1中可以获知这种用于生成生物气 的装置和方法。该装置包括权利要求1和13的前序部分的结构。然而 这种用于生成生物气的装置可获得的有机干物质分解百分比太低，因 此气体产率也太低。

发明内容

因此，本发明的目的是进一步改进这种用于生成生物气的普遍装 置以及用于生成生物气的方法，从而可以获得更高的产气量。

所述目的是通过独立权利要求的特征来实现的。

根据从属权利要求可以清楚本发明的有利实施例和进一步改进的 实施例。

根据本发明的用于生成生物气的装置基于一般的现有技术，该生 物气反应器还包括至少一个中间室，充填室、所述至少一个中间室以 及回流通道以该顺序形成有机材料的流动路径的各部分，只能朝一个 方向通过所述流动路径，两个相邻部分中的一者形成上升流动路径， 另一者形成下降流动路径。采用该构造，可以实现使流动体朝一个方 向平滑而均一地流过生物气反应器。通过设置至少一个附加的中间室， 可以防止各个室过大，这是因为如果各个室过大的话，将存在形成不 同流动区域的风险，而这会不利地影响自然发酵过程。在发酵体的连 贯一致性改变的情况下，可以防止供给的发酵体的流动峰到达表面， 从而几乎未发酵的发酵体或新鲜基质在出口处从产酸阶段漏出。通过 细分为多个室，可以在生物气反应器内部提供多个发酵室，从而使流 动更均一并且更可控制。这样，新供给的基质在离开生物气反应器之 前不得不通过整个流动路径，因此迫使基质在预定时间段内通过整个 过程。采用该构造，可以显著地提高生物气的产量。

有利的是，根据本发明的用于生成生物气的装置还可以进行如下 改进：为充填室设置溢流缘，可以经由所述溢流缘从充填室为所述至 少一个中间室填充有机材料。采用所述溢流缘，在充填室与中间室之 间的过渡处形成流体静压倾斜度，发酵体可以在这里优选地脱气。只 要发酵体在容纳于腔室中的同时向前移动，气体更倾向于封闭。当发 酵体越过溢流缘向下掉落时，发酵体存在在阻力减小的情况下气体完 全逸出的可能性。