利用厌氧消化从生物质生产沼气的反应器制造技术

本发明专利技术涉及一种利用厌氧消化从生物质生产沼气的反应器，该反应器包括：‑垂直通道状框架(12)，其内部界定了用于生物质(16)垂直塞流的反应空间(14)，所述框架(12)包括至少三个具有相关微生物菌株的连续区块(24)，‑布置在所述框架(12)上端(13.1)的用于将生物质进料到所述框架(12)中的进料设备(25)，‑至少有部分布置在所述框架(12)内的搅拌设备(20)，用于搅动生物质(16)并将微生物进料到生物质(16)中，‑用于回收产生的沼气的回收设备(22)，‑连接到所述框架(12)下端(13.2)的底锥(17)，用于收集固体材料，‑布置在所述框架(12)下端(13.2)、所述底锥(17)下端(92)的固体材料去除设备(27)，用于去除固体材料；‑外部骨架(50)，所述外部骨架(50)布置在所述框架(12)的外部，用于在外部支撑所述框架(12)，抵抗所述框架(12)内部产生的静水压力。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】利用厌氧消化从生物质生产沼气的反应器
本专利技术涉及一种利用厌氧消化从生物质生产沼气的反应器，包括：-一个框架，包括两个端部，即上端和下端，在其自身内界定用于生物质反应的空间，所述框架为通道状，用于生物质的活塞流动，还包括至少三个具有相关微生物菌株的连续区块，-进料设备，设置在所述框架上端用于将生物质送入所述框架；-搅拌设备，用于将生物质搅拌并将微生物进料到生物质中，至少有部分所述搅拌设备设置在所述框架内；-回收设备，回收利用微生物消耗生物质有机材料产生沼气；-固体材料去除设备，设置在所述框架下端，用于去除固体材料。
技术介绍
本专利技术涉及从生物质生产沼气的反应器。沼气生产是一种处理有机废弃物和生产可再生能源的方法。沼气生产是基于厌氧消化的生物过程。在厌氧消化中，微生物在无氧条件下消化有机材料或生物质以产生含甲烷的沼气作为最终产物。厌氧消化是多步骤过程，涉及消化链中不同步骤的几种不同微生物，如图1所示，生物质分解的消化链可以以简化的方式如下描述：1)多糖(碳水化合物)->糖->短链脂肪酸，H2,CO2->CH4,CO22)蛋白质->肽，氨基酸->短链脂肪酸H2,CO2->CH4,C023)脂质->长链脂肪酸->短链脂肪酸，H2,CO2->CH4,C02.例如，木质纤维素中所含纤维素的消化链可由如下步骤所述：1)通过水解将纤维素分解成糖：(C6H10O5)n+nH2O->nC6H12O62通过酸发酵将葡萄糖单元分解为醋酸根：C6H1206+4H20->2CH3COO-+2HCO3-+4H++4H23通过甲烷生成将醋酸根分解为甲烷：2CH3COO-+H20->CH4+HCO3-4H2+HCO3-+H+->CH4+3H20活性微生物在消化链的不同步骤中也具有不同的最佳条件。作为厌氧消化最终产物而产生的沼气可在电力和/或产热或交通燃料中用作可再生能源。传统沼气技术主要被设计用于废水污泥和动物粪便等湿废弃物馏分的处理。在本例下，反应过程在完全搅拌的垂直圆柱形罐反应器中，经常以干基低含量(通常小于10％)进行，例如，在高含水量时(大于90％)。与该方法相关的最重要的问题在于所述反应器中所含的原料中90％以上是都是水。能量(沼气)不能由水产生，相反，加热大量的水会消耗大量的能量。此外，当希望在这种完全搅拌的反应器中加工干燥废料馏分时，必须用液体稀释进料。也可以将循环液返回到反应器中；然而，这涉及几个问题，例如，在循环液中积聚的分解产物和氮化物有抑制作用。此外，与使用完全搅拌罐有关的问题是，所有微生物菌株均生活在同一空间、同一环境中，因此，必须根据消化链的最慢反应即甲烷生成的步骤来优化反应条件。在本例中，在消化链其它步骤中的活性微生物此时并不是最优的。基于所谓干发酵过程的沼气生产技术已被开发用于处理干燥废物馏分。与传统的沼气技术相比，这些方法可以显著提高的干基含量。因此，可以实现在单个反应器体积下更高的能量产率。基于干法工艺建立沼气厂的一种方法是以所谓的塞流原理运行的沼气反应器。基于塞流原理的沼气反应器最常用的是水平罐反应器，生物质由所述反应器的一端进入所述反应器中，并在所述反应器的另一端除去被处理的材料。在这个过程中，所述材料基于塞型流动通过所述水平反应器。与传统的沼气工艺相比，基于塞流原理的沼气反应器可在显著提高干基含量的状态下运行(例如，在干基含量为10％至30％时)。因此，基于可处理干基原料的可能性，以及单位反应器体积的高能量收率和更紧凑的反应器构造，该方法可处理更多的原料。与传统的高含水工艺相比，该工艺的反应器中含有较少的水；因此，该方法在单位反应器体积下含有更多的可分解有机物。已公开的WO2015/075298A1所提出的生产沼气的水平塞流反应器代表着现有的技术。然而，这种类型的沼气反应器的问题是从所述反应器的端部除去所述反应器中剩余的沼渣和其它固体材料。在本例中，由原料(例如玻璃，金属和石头材料)携带的较重材料，开始在反应器的整个范围内聚集，并积累在反应器底部。重质材料将搅拌器的操作与反应器的水平搅拌轴复杂化，搅拌器除了转移要分解的材料之外，还转移不分解的和重质固体材料。此外，固体材料的去除是有问题的，因为当使用真空从反应器中移除沼渣时，固体材料会堵塞排放连接。此外，这种类型的塞流反应器的问题是要有高空间。
技术实现思路
本专利技术的另一个目的是提供一种与现有技术反应器相比更加可靠的、用于从生物质生产沼气的反应器，且不会因为原料一同携带的较重和不可分解材料而造成影响。本专利技术的特征在所附权利要求1中进行了阐述。本专利技术反应器的专利技术目的可以通过以下反应器实现，包括一个框架，所述框架包括两个端部，即上端和另一端，在其内界定用于生物质的反应器空间，所述框架在竖直方向上是通道状的，用于生物质的垂直塞流，并且包括至少三个具有相关微生物菌株的连续区块；设置在所述框架外侧的外部骨架，用于外侧支撑所述框架来抵御所述框架内产生的静水压力；底锥，包括较宽的上端和较窄的下端，连接到所述框架的下端，作用是收集固体材料。所述反应器还包括：设置在所述框架上端的进料设备，用于将生物质进料到所述框架中；搅拌设备，用于搅动生物质并将微生物进料到生物质中，其至少有一部分是布置在所述框架内的；回收设备，用于回收微生物消耗生物质有机材料时产生的沼气；以及用于固体材料的固体材料去除设备，所述固体材料去除设备设置在所述底锥的下端，用于去除固体材料。在这样的反应器中，生物质随着塞流在反应器中向下移动，即，受重力影响向去除设备移动，同时，由生物质携带的不可分解固体材料在所述反应器中自动地朝向所述去除设备移动。这样，固体材料借由重力通过所述框架下端的底锥，自动到达所述去除设备，并进一步的从反应器框架引出。因此，可消除固体材料在所述反应器内积聚的不利影响，例如反应空间的堵塞而减少。另一方面，当沿竖直方向布置时，本专利技术反应器仅在生产工厂中占据较小的面积，并且可通过并行放置反应器增加生产能力。当使用外部骨架时，所述反应器框架可具有更轻的构造，这是由于作用在框架内的静液压引起的向外力可由支撑框架的外部骨架承受，无需增加所述反应器框架的厚度。优选方式下，所述搅拌设备包括废料收集和进料系统，用于收集来自所述区块的废料并将其作为高稠度浆料送入至少三个区块中。通过这样的反应器，可以通过调节所涉及区块的条件来优化在每个厌氧消化反应中使用的微生物操作环境。优化的环境改善了微生物的作用，从而加速了生物质分解成所需的最终产物，即，甲烷。所述废料收集和进料系统实现了所述区块前部废料中作为高稠度浆料的浓缩微生物菌株的供应，这确保在这个区块的初始部分中足够的微生物菌株。通过将废料供给到每个区块，还有可以减少所述搅拌设备所需的电动机功率。优选方式下，所述搅拌设备由相对于所述反应器框架竖直方向横向设置的轴实现，用于搅拌每个区块中的生物质。无论连续区块的数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用厌氧消化生物质生产沼气的反应器，包括：/n-一个框架(12)，所述框架(12)包括两个端部(13)，即上端(13.1)和下端(13.2)，在其自身内界定用于生物质(16)的反应空间(14)，所述框架(12)呈通道状，用于生物质(16)的塞流，并且包括至少三个具有相关微生物菌株的连续区块(24)；/n-进料设备(25)，设置在所述框架(12)的上端(13.1)，用于将生物质送入所述框架(12)；/n-搅拌设备(20)，用于搅拌生物质(16)并将微生物进料到生物质(16)中，所述搅拌设备至少有一部分布置在所述框架(12)内；/n-回收设备(22)，用于在微生物消耗生物质(16)有机材料时回收产生的沼气，以及/n-固体材料去除设备(27)，布置在所述框架(12)的下端(13.2)，用于去除固体材料；/n其特征在于，/n所述框架(12)被布置成竖直设计，而所述反应器(10)中的生物质(16)在竖直方向上移动，并且所述反应器(10)还包括/n-一个外部骨架(50)，布置在所述框架(12)的外部，用于当所述框架(12)内产生静水压力时支撑所述框架(12)；/n-一个底锥(17)，包括较宽的上端(90)和较窄的下端(92)，连接到所述框架(12)的下端(13.2)以收集固体材料；/n以及所述固体材料去除设备(27)，安置在所述底锥(17)的下端(92)处，用于去除固体材料。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180227 FI 201851831.一种利用厌氧消化生物质生产沼气的反应器，包括：
-一个框架(12)，所述框架(12)包括两个端部(13)，即上端(13.1)和下端(13.2)，在其自身内界定用于生物质(16)的反应空间(14)，所述框架(12)呈通道状，用于生物质(16)的塞流，并且包括至少三个具有相关微生物菌株的连续区块(24)；
-进料设备(25)，设置在所述框架(12)的上端(13.1)，用于将生物质送入所述框架(12)；
-搅拌设备(20)，用于搅拌生物质(16)并将微生物进料到生物质(16)中，所述搅拌设备至少有一部分布置在所述框架(12)内；
-回收设备(22)，用于在微生物消耗生物质(16)有机材料时回收产生的沼气，以及
-固体材料去除设备(27)，布置在所述框架(12)的下端(13.2)，用于去除固体材料；
其特征在于，
所述框架(12)被布置成竖直设计，而所述反应器(10)中的生物质(16)在竖直方向上移动，并且所述反应器(10)还包括
-一个外部骨架(50)，布置在所述框架(12)的外部，用于当所述框架(12)内产生静水压力时支撑所述框架(12)；
-一个底锥(17)，包括较宽的上端(90)和较窄的下端(92)，连接到所述框架(12)的下端(13.2)以收集固体材料；
以及所述固体材料去除设备(27)，安置在所述底锥(17)的下端(92)处，用于去除固体材料。


2.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述搅拌设备(20)包括废料收集和进料系统(56)，用于收集来自所述区块(24)的废料并将其作为高稠度浆料进料到至少三个区块(24)。


3.根据权利要求2所述的反应器，其特征在于，所述废料收集和进料系统(56)包括高稠度浆料储备泵(57)，用于对干基含量为3％-35％，优选10％-20％的废料进料。


4.根据权利要求2或3所述的反应器，其特征在于，所述反应器(10)包括设备(30)，用于将高稠度浆料和/或沼气从所述反应空间(14)的壁(44)进料到生物质(16)中以促进流动。


5.根据权利要求2至4中任一项所述的反应器，其特征在于，所述高稠度浆料储备泵(57)是液压活塞泵。


6.根据权利要求1至5中任一项所述的反应器，其特征在于，所述搅拌设备(20)通过使用轴(48)区块特异性地搅拌生物质(16)来实现，所述轴(48)相对于所述反应器(10)的所述框架(12)的竖直方向横向设置。


7.根据权利要求1至6中任一项所述的反应器，其特征在于，所述区块(24)的数量至少为三个，优选为三至六个。


8.根据权利要求1至10中任一项所述的反应器，其特征在于，所述回收设备(22)布置在...

【专利技术属性】
技术研发人员：米卡·劳蒂艾宁，安妮玛丽·莱赫托迈基，
申请(专利权)人：碧奥新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：中国香港;81