沼氣設備和沼氣設備的運行方法

2023-05-26 20:27:56 4

沼氣設備和沼氣設備的運行方法
【專利摘要】一種沼氣設備，其包含：至少一個發酵罐（1）、優選乾式發酵罐，用於產生沼氣；沼氣利用裝置（2）；用於存儲沼氣的第一沼氣儲存器（3）。該第一沼氣儲存器（3）能夠與第一沼氣導管（4）相連通，該第一沼氣導管能夠與所述至少一個發酵罐（1）的氣體出口（7）相連通。沼氣設備具有用於存儲沼氣的第二沼氣儲存器（5）。該第二沼氣儲存器（5）能夠與第二沼氣導管（6）相連通，該第二沼氣導管能夠與所述至少一個發酵罐（1）的氣體出口（7）相連通。沼氣利用裝置（2）能夠與第一沼氣儲存器（3）和/或第一沼氣導管（4）相連通，以及能夠與第二沼氣儲存器（5）和/或第二沼氣導管（6）相連通。該沼氣設備具有控制裝置（8），用於控制來自各沼氣導管（4，6）和/或各沼氣儲存器（3，5）的、被輸往沼氣利用裝置的沼氣流的量比。
【專利說明】沼氣設備和沼氣設備的運行方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種沼氣設備，配有至少一個用於生產沼氣的發酵罐，並涉及一種運行沼氣設備的方法。
【背景技術】
[0002]這種沼氣設備用於生產含甲烷的沼氣，沼氣例如被一種閉鎖熱電站(Blockheizkraftwerk)使用以獲得能量。在此,發酵罐都是按溪流式運轉方式工作的，也就是說，在用待發酵的生物物質填充發酵罐或者排空已發酵的生物物質之間，不發生這種發酵罐的穩定態運行。更確切地說，在生物質發酵開始和結束時會出現起動階段和停止階段，在這些階段中會產生氣體或氣體-空氣混合物，這些氣體-空氣混合物特別是由於過低的甲烷含量之故是沒有什麼利用價值的。現在這些氣體混合物要麼加以排除，要麼送去進行另一種廢氣處理。由於在此情況下產生可能有價值的甲烷的損失，從而降低了該沼氣設備的效率。在常規的沼氣設備上其它降低其效率的損失則是由於下述原因造成的:發酵罐中的溫度高於沼氣在其送往常規利用設備所必須具有的溫度。從而一方面造成發酵罐的熱量損失，另一方面造成為沼氣的必要的冷卻效用花費。

【發明內容】

[0003]因此，本發明的任務在於提供一種沼氣設備及用於操作一種沼氣設備的方法，該沼氣設備可以避免或至少可以降低上述的那些損失，從而可使該沼氣設備獲得較高的效率。
[0004]上述任務是通過具有權利要求1中所述特徵的一種沼氣設備和通過具有權利要求8中所述特徵的一種運行沼氣設備的方法加以解決的。各項從屬權利要求中所述特徵涉及一些有利的【具體實施方式】，其對於解決本發明提出的任務都具有正面貢獻。
[0005]根據本發明，設定:將在發酵罐中獲得的、具有低於可預定的第一限值的甲烷含量的沼氣暫存在第一沼氣儲存器中。在此涉及的是這樣一種沼氣，該沼氣在起動階段(Anfahrphase)和停止階段(Abfahrphase)中產生並且在常規的沼氣設備中通常必須加以廢棄清除的。這種所含甲烷含量低於一個可預定的第一限值的沼氣在下文中也可稱之為「弱沼氣」。有利是，將這種弱沼氣與其甲烷含量高於一個可預定的第二限值的沼氣(下文稱之為「好沼氣」)加以混合，並沼氣利用裝置利用由好沼氣和弱沼氣形成的混合物(下文中稱之為「混合沼氣」)運行。
[0006]為了能夠實施本方法，本發明提出的沼氣設備具有至少兩個沼氣儲存器，使得第一沼氣儲存器用於儲存弱沼氣，第二沼氣儲存器用於儲存好沼氣。這些沼氣儲存器能夠經過沼氣導管而與輸送至少一個發酵罐的氣體出口相連接，並且沼氣利用裝置可以如此地與沼氣儲存器和/或與沼氣導管相連，使得能夠一方面從第一沼氣儲存器或者從對該第一沼氣儲存器供給的導管中取出沼氣，另一方面可以從第二沼氣儲存器或從對該第二沼氣儲存器供給的導管中取出沼氣，並且同時將這兩種沼氣輸送至沼氣利用裝置。在此根據本發明，沼氣設備具有控制裝置，以用於控制從各沼氣導管和/或從各沼氣儲存器輸往沼氣利用裝置的沼氣流的量比。通過這種布置就能夠為沼氣利用裝置輸送可利用的沼氣混合物，即使在發酵罐或其中一個發酵罐的起動階段或停止階段中暫時產生其甲烷含量對於利用而言通常是太低的沼氣。通過沼氣儲存器，就可將好沼氣或弱沼氣加以暫存，從而折中地在沼氣設備的運行時間上總能產生作為混合氣體的可利用的沼氣，甚至可暫時地產生一種甚高的弱沼氣份額，該弱沼氣份額而後被暫存在弱沼氣儲存器中。暫存起來的弱沼氣然後可以在沼氣設備的具有高的好沼氣份額的運行階段中再從儲存器取出並且輸送給混合氣體。按相反的情況也同樣是可行的，即在具有高的好沼氣份額的運行階段中可將該好沼氣份額加以暫存起來，在具有過低的好沼氣份額的運行階段中則將之再從儲存器中取出，以獲得一種可利用的混合氣體。
[0007]在此有利地如此調節好沼氣和弱沼氣的量比，使得混合氣體的甲烷含量在一個可預定的第三限值上方波動。在此優選如此實現上述調節，使得該調節能根據好沼氣和/或弱沼氣的甲烷含量進行，從而即使在好沼氣中和弱沼氣中甲烷含量波動的情況下仍能確保:混合氣體在其甲烷含量上超過所述可預定的第三限值。
[0008]因此，有利的是，沼氣設備具有用於測量甲烷含量的測量裝置，該測量裝置可以與沿氣導管和/或沼氣儲存器相連接，從而有利地提供關於甲烷含量的數值，即實際上在發酵罐中所生產的和在沼氣儲存器中所存儲的沼氣的甲烷含量和/或被輸送至沼氣利用裝置的混合氣體的甲烷含量的數值。
[0009]有利的是如此選擇第一限值，使得在第一沼氣儲存器中的甲烷含量、即弱沼氣的甲烷含量處在與氧含量相關的下爆炸界限之下。從而可通過對沼氣設備的爆炸保護的較小要求而降低投資限額。
[0010]有利的是，第二限值、即好沼氣的甲烷含量的下限值為37%、優選52%。此外，有利的是，若第三限值、即混合沼氣的最低甲烷含量的限值為35%、優選50%。超過該限值的甲烷含量可為常規類型的閉鎖熱電站開闢使用可能性，並可實現沼氣設備大體無中斷的運行。
[0011]有利的是，至少能分階段地或循環地將從一個發酵罐中出來的沼氣或弱沼氣再引回到該發酵罐中，從而實現循環運行。為此，發酵罐具有一個吹洗氣體入口(其優選在該發酵罐的底部區域內)，該吹洗氣體入口可以與相應的沼氣導管相連通，從而可以實現利用好沼氣和/或弱沼氣徹底吹洗生物物質，將其鬆散，從而保證生物物質中獲得更好的排水效果O
[0012]有利的是，吹洗用氣體入口同樣還可與新鮮空氣導管相連通，這就可以實現對發酵罐的新鮮空氣吹洗，特別在起動運行或停止運行的過程中。在此也有利的是，吹洗用氣體入口也可以與弱沼氣儲存器和/或好沼氣儲存器相連通，藉以也可利用來自儲存器中的氣體來執行相應的吹洗處理，而不會影響沼氣利用裝置的運行，例如當該氣體由於對輸送給沼氣利用裝置的沼氣混合物的要求之故，而不能直接從一個發酵罐中取出時。
[0013]特別有利的是，在發酵罐起動或停止的過程中，經過吹洗氣體入口給發酵罐輸送弱沼氣，因為這時在這兩個階段中可以從該發酵罐中獲得和取出好沼氣。
[0014]有利的是，沼 氣設備具有廢氣導管，該廢氣導管可以與所述至少一個發酵罐的氣體出口相連通並通往廢氣處理點。這使得可以彼此獨立地預定各限值，從而使得在各發酵罐中產生的、並根據其成份即不歸屬於好沼氣又不歸屬於弱沼氣的沼氣混合物能夠被可靠地清除。
[0015]有利的是，沼氣儲存器中至少有一個被安置在所述至少一個發酵罐的上方，從而可使該沼氣儲存器大面積地與發酵罐交界。在此優選所述至少一個發酵罐的面積的至少50%被覆蓋。特別有利是，所述至少一個發酵罐的總面積，或者特別有利的是所有發酵罐的總面積，都被沼氣儲存器覆蓋。通過這種結構形式，可以在一年的絕大多數時間內達到發酵罐的一種特別有效的熱防護；與此同時，通過沼氣儲存器的這種面式設計，沼氣儲存器針對環境具有大的表面，這就使得可在年中實現良好的沼氣冷卻，從而不需要超過發酵罐的基本面積的安裝面積。【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]下面將參照示意圖1至10對本發明加以詳細說明。附圖表示:
[0017]圖1本發明提出的一種示例性沼氣設備的一個示意生產流程圖，其中在兩個發酵罐中生產好沼氣，同時存儲來自第三個發酵罐中的弱沼氣；
[0018]圖2圖1所示沼氣設備的生產流程圖，在好沼氣被利用之前將弱沼氣混合到好沼氣中；
[0019]圖3圖1和2所示沼氣設備的生產流程圖，將來自弱沼氣儲存器中的弱沼氣輸送到一個發酵罐中，同時從全部發酵罐中提取好沼氣；
[0020]圖4圖1至3中所示沼氣設備的生產流程圖，在兩個發酵罐中生產和利用好沼氣，同時將來自一個發酵罐的弱沼氣加以存儲；於此，將好沼氣流的一部分再輸送到生產好沼氣的發酵罐中的一個發酵罐；
[0021]圖5圖1至4中所示沼氣設備的生產流程圖:在兩個發酵罐中生產好沼氣，並且在一個發酵罐中生產弱沼氣，好沼氣和弱沼氣作為混合沼氣加以利用；混合沼氣中的弱沼氣份額通過從弱沼氣儲存器中取出弱沼氣或向弱沼氣儲存器輸送弱沼氣的方式加以調節。
[0022]圖6圖1至5所示沼氣設備的生產流程圖:一個發酵罐產生弱沼氣，該弱沼氣與來自另一個發酵罐的好沼氣共同地被加以利用；弱沼氣的份額經過弱沼氣儲存器加以調節；好沼氣的一部分被送回到生產好沼氣的發酵罐中；與此同時一個第三發酵罐利用新鮮空氣加以吹洗，該新鮮空氣經過一個廢氣導管加以排除。
[0023]圖7至10表示不同的、示例性的安裝可能性，包括將沼氣儲存器安置在發酵罐的頂上或安置在發酵罐的旁邊。
【具體實施方式】
[0024]本發明提出的示例性沼氣設備具有三個可彼此獨立運行的發酵罐1，這些發酵罐都可利用它們的氣體排出口 7有選擇地與第一沼氣導管4、第二沼氣導管6或一個廢氣導管10相連通，該廢氣導管通向一個廢氣處理點11。被導入到沼氣導管4和6中的沼氣流可以相互混合或者單獨地輸送到一個沼氣利用裝置2。本發明提出的示例性沼氣設備為此為了混合兩個沼氣流而配有一個控制裝置8。此外還配置了一個測量裝置13，該測量裝置可以測量出被輸送至沼氣利用裝置2的沼氣的甲烷含量。沼氣導管4是與作為弱沼氣儲存器設計的沼氣儲存器3相連的。在此可以通過截流裝置14或輸送裝置15針對性地將沼氣輸送至第一沼氣儲存器3或將之從該儲存器取出。此外，還可與該儲存器搭接。[0025]第二沼氣導管6是與一個第二沼氣儲存器5相連的，該沼氣儲存器設計成用於該沼氣導管的補償容器。
[0026]此外，發酵罐I還具有氣體入口 9，這些氣體入口可通過截流裝置16有選擇地和彼此獨立地與第一沼氣導管4、第二沼氣導管6或一個新鮮空氣輸入導管12相連。在此設置輸送裝置17，其作用在於:在經過處於有關發酵罐的底部的氣體入口 9對發酵罐I進行吹洗時，對冷卻氣體提供足夠的壓力。其它截止裝置18的作用在於:將發酵罐I的氣體出口7有選擇地和彼此獨立地與廢氣導管10、第一沼氣導管4和/或第二沼氣導管6連通起來。
[0027]沼氣儲存器3和5可以按常規方式獨立於發酵罐I加以安置。當然也有可能和特別有利的是，將沼氣儲存器如此地布置，使得兩個沼氣儲存器中要麼有一個即要麼是第一沼氣儲存器3或第二沼氣儲存器5覆蓋該發酵罐的頂面。同樣可行的是，將兩個沼氣儲存器安置在現有的發酵罐I所形成的一個共同的頂面上。在此亦可如圖7中所示，將彼此獨立的沼氣儲存器並排設置在發酵罐的頂上。還有一種可能性，如圖8中所示，就是為了兩個沼氣儲存器3和5配置一個共同的保護罩19。
【權利要求】
1.沼氣設備，其包含:至少一個發酵罐(I)、優選乾式發酵罐，用於產生沼氣；沼氣利用裝置(2);用於存儲沼氣的第一沼氣儲存器(3)，該第一沼氣儲存器能夠與第一沼氣導管(4)相連通，該第一沼氣導管能夠與所述至少一個發酵罐(I)的氣體出口(7)相連通；和用於存儲沼氣的第二沼氣儲存器(5),該第二沼氣儲存器能夠與第二沼氣導管(6)相連通,該第二沼氣導管能夠與所述至少一個發酵罐(I)的氣體出口(7)相連通，其中，沼氣利用裝置(2)能夠與第一沼氣儲存器(3)和/或第一沼氣導管(4)相連通，以及能夠與第二沼氣儲存器(5)和/或第二沼氣導管(6)相連通，該沼氣設備具有控制裝置(8)，用於控制來自各沼氣導管(4，6)和/或各沼氣儲存器(3，5)的、被輸往沼氣利用裝置的沼氣流的量比。
2.按權利要求1所述的沼氣設備，其特徵在於:所述至少一個發酵罐(I)具有能與新鮮空氣導管(12)相連通的吹洗氣體入口(9)，該吹洗氣體入口優選在所述至少一個發酵罐(I)的底部區域內。
3.按權利要求1或2所述的沼氣設備，其特徵在於:所述至少一個發酵罐(I)具有能與第一沼氣儲存器(3)和/或第一沼氣導管(4)相連通的吹洗氣體入口(9)，該吹洗氣體入口優選處於所述至少一個發酵罐的底部區域內。
4.按照權利要求1至3中任一項所述的沼氣設備，其特徵在於:所述至少一個發酵罐(I)具有能與第二沼氣儲存器(5)和/或第二沼氣導管(6)相連通的吹洗氣體入口(9)，該吹洗氣體入口優選處於所述至少一個發酵罐(I)的底部區域內。
5.按權利要求1至4 中任一項所述的沼氣設備，其特徵在於:沼氣設備具有用於測量甲烷含量的測量裝置，該測量裝置能夠與沼氣導管(4，6)和/或沼氣儲存器(3，5)相連接。
6.按權利要求1至5中任一項所述的沼氣設備，其特徵在於:沼氣儲存器(3，5)中的至少一個設置在所述至少一個發酵罐(I)的上方並且大面積地與該發酵罐相交界，優選所述至少一個發酵罐(I)的面積的至少50%、特別優選所述至少一個發酵罐(I)的總面積、尤其所有存在的發酵罐(I)的總面積被沼氣儲存器(3，5)覆蓋。
7.按權利要求1至6中任一項所述的沼氣設備，其特徵在於:沼氣設備具有廢氣導管(10)，該廢氣導管能夠與所述至少一個發酵罐(I)的氣體出口(7)相連通並且優選通向廢氣處理點(11)。
8.一種用於運行沼氣設備、特別是按權利要求1至7中任一項所述的沼氣設備的運行方法，將在發酵罐(I)中獲得的、甲烷含量低於可預定的第一限值的沼氣暫存在第一沼氣儲存器(3)中。
9.按權利要求8所述的方法，其特徵在於:將甲烷含量低於可預定的限值的沼氣與在發酵罐(I)獲得的、甲烷含量高於可預定的第二限值的沼氣加以混合，並且利用這兩種沼氣的混合物運行沼氣利用裝置(2 )。
10.按權利要求8或9之一所述的方法，其特徵在於:將甲烷含量高於可預定的第二限值的沼氣暫存在第二沼氣儲存器(5)中。
11.按權利要求8至10中任一項所述的方法，其特徵在於:將兩種沼氣的量比特別是與沼氣的甲烷含量相關地調節，優選如此調節，即，使得這兩種沼氣的混合物的甲烷含量在可預定的第三限值上方波動。
12.按權利要求8至11中任一項所述的方法，其特徵在於:在一個發酵罐(I)的開動或停工過程中，將甲烷含量低於可預定的第一限值的沼氣輸送給該發酵罐(1)，與此同時將甲烷含量高於可預定的第二限值的沼氣從該發酵罐(1)取出。
13.按權利要求8至12中任一項所述的方法，其特徵在於:至少分階段地和/或循環地將甲烷含量高於可預定的第二限值的沼氣輸送給一個發酵罐(1)，與此同時將甲烷含量高於可預定的第二限值的沼氣和/或將甲烷含量低於可預定的第一限值的沼氣從該發酵罐(1)取出。
14.按權利要求8至13中任一項所述的方法，其特徵在於:第一限值是如此加以選擇的，使得在第一沼氣儲存器(3)中的甲烷含量低於與氧含量相關的下爆炸限。
15.按權利要求8至14中任一項所述的方法，其特徵在於:第二限值為37%甲烷含量、優選為52%甲烷含量。
16.按權利要求8至15中任一項所述的方法，其特徵在於:第三限值為35%甲烷含量、優選為50%甲烷含量。
【文檔編號】C12M1/107GK103842494SQ201180073759
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2011年9月29日 優先權日:2011年9月29日
【發明者】K·埃格斯曼 申請人:康波費爾姆有限公司