[发明专利]由生物质生产生物气的生物气设备及其操作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于从生物质生产生物气的生物气设备，所述生物气设 备具有至少一个根据权利要求1所述的发酵罐，本发明还涉及一种根据权利 要求10所述的用于停止运转发酵罐的方法，以及涉及一种根据权利要求14 所述的用于启动发酵罐的方法.

背景技术

所谓的“干燥发酵”能够在不必将原料转换为可泵送的液体基质 （substrate）的情况下将来自农业、生物学废物以及社区耕作区域（comunal  cultivated area）的可流动的生物质转化为甲烷。含有最高50%的干燥物质组 分的生物质可以被发酵。例如在专利文献EP 0 934 998中描述了此种干燥发 酵方法。

在“干燥”发酵的情况下，待发酵的原料不会像例如生物废物的液体发 酵情况那样被搅拌成液态。而是，通过取出在发酵罐底部上的滤液并再将该 滤液喷洒在生物质上，以便使已装入发酵罐内的发酵基质始终保持潮湿。这 产生了最适合细菌生长的环境。在滤液的再循环过程中，还可以调节温度并 且可以加入添加剂以优化过程。

专利文献WO 02/06439公中开了一种预制车库（prefabricated garage）形 式的生物反应器或发酵罐，所述发酵罐使用干燥发酵原理以所谓的分批处理 （batch process）方式操作。在这种情况下，在用已发酵的原料播种（seeding） 后，利用牵引铲（tractor shovel）用发酵基质填满发酵罐。发酵容器构造为车 库形状并由气密性的门关闭。生物质在气闭状态下发酵，在该过程中并不进 一步地全面混合，并且不供给附加的原料。从发酵的原料渗出的滤液经由排 水凹槽排出，随后暂时存储在容器中，并再次喷洒在发酵基质上，以使发酵 基质潮湿。发酵过程在34℃和37℃之间的（细菌）嗜温温度范围内进 行，该温度范围是利用底部加热和壁加热产生的。

产生的生物气可以用于在热电联产系统（cogeneration system）中获得电 力和热。为了确保始终可以为热电联产系统供给充足的生物气，在干燥发酵 设备中以错开的周期来操作多个发酵容器。在停止时间，发酵罐区域被完全 清空并随后被再次填充。已发酵的基质用于后堆肥（post-composting）过程， 产生类似于传统堆肥的有机肥料。

分批操作意味着单个发酵罐必须时常停止运转，也就是说生物气生产必 须停止，必须将已发酵的生物气从各发酵罐中排除，并且必须用新鲜的生物 气充满发酵罐，继续生物气生产。在此过程中，出于安全的原因，有必要在 装载和卸载单个发酵罐的同时防止产生有爆炸性的生物气/空气混合物。

为了这个目的，从专利资料EP 1301583 B中已知一种发酵罐，在使用中， 其在有爆炸危险的情况下，也就是空气已进入发酵罐中的情况下，在该发酵 罐中充满由用生物气操作的热电联产系统产生的含二氧化碳的废气。

发明内容

因此，针对根据EP 1301583 B的生物气设备的背景技术，本发明的目的 在于确保从发酵罐卸载已消耗的生物质（consumed biomass）及在该发酵罐 中装载新鲜生物气的过程的安全。

这一目的通过权利要求1，10和14中的技术特征来实现。

根据权利要求1所述的生物气设备包括必要的组件，以便能够安全地停 止运转和卸载发酵罐，以及同样安全启动发酵罐。

根据权利要求10所述的方法，使得即使在发酵罐停止运转和用含二氧化 碳的废气吹扫期间也能够尽可能长时间地维持生物气生产以及使用，也就是 说，待停止运转的发酵罐的生物气/废气混合物仍然被供应给生物气用户，直 至混合物的品质下降至预定的等级以下。只有当在生物气出口的甲烷 （mathane）浓度降至低于上限值时才会断开通向生物气用户的生物气管线与 生物气出口的连接。此时，通过排气烟道（exhaust chimney）排出（feed out） 仅包含少量甲烷的生物气/废气混合物。这一过程直至甲烷浓度降至下限值时 结束，此时该生物气/废气混合物几乎不含有甲烷。此后，利用新鲜空气代替 含二氧化碳的废气来吹扫待停止运转的发酵罐，并且将该废气/生物气/新鲜 空气混合物通过排气烟道排出，直至在废气/生物气/新鲜空气混合物中的二 氧化碳浓度降至第一极限值。只有在此后才打开发酵罐以便排出已消耗的生 物气并再次在发酵罐中装入新鲜生物气。前述的利用废气和新鲜空气吹扫的 过程允许在对操作者没有任何危险的情况下打开、卸载和装载发酵罐。