用于优化沼气系统的设备和方法技术方案

本发明专利技术涉及用于优化沼气系统的设备和方法，其包括分离器(PS)、发酵罐(F)和蒸发系统(VA)。生物质从预备坑送入分离器(PS)中，并在该分离器中分离成固体和稀污泥。根据需求和经济效益，根据本发明专利技术的沼气系统能够在减少体积方面或发酵罐的热能能量效率方面得以优化。本文描述的两种解决方案的共同点在于，生物质可在预备坑之后立即分离成固体组分和液体组分，即纤维组分和稀污泥。即纤维组分和稀污泥。即纤维组分和稀污泥。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于优化沼气系统的设备和方法


[0001]本专利技术涉及一种用于优化沼气系统的设备和方法。

技术介绍

[0002]德国专利公布文本DE 41 14 667 A1揭示了一种用于预备粪肥形式的动物废物的方法和设备，其中，首先将废物存蓄在发酵罐中以形成甲烷气体，然后从该发酵罐连续供送到离心分离器，随后将离心出的固体组分进行干燥。将在离心分离器中分离出的液体组分输送到蒸发容器中，在其中通过负压将所含的水份蒸发，随后在冷凝器中再次液化，并供送到天然水循环。
[0003]一般在所谓的预备坑中提供用于在发酵罐中生产甲烷气体的生物质，不仅是但尤其是在粪肥的情况下，该生物质由高比例的液体组成。如果将由液体和纤维组成的生物质直接输送到发酵罐中，则该发酵罐必须具有足够大的容量，这会对建筑、设施、仓储和运营成本产生负面影响。例如，为了加热待发酵的生物质，也会产生相对较高的运营成本。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的是提供用于优化沼气系统的设备和方法。根据需求和经济效益，根据本专利技术的沼气系统能够在减少体积方面或能量效率(发酵罐的热能)方面得以优化。本文描述的两种解决方案的共同点在于，生物质在预备坑之后立即分离成固体组分(纤维组分)和液体组分(下文又称为稀污泥)。
[0005]本专利技术用以达成上述目的的解决方案为一种用于通过减少生物质体积来优化沼气系统的设备，该设备包括以下特征：
[0006]机械分离器，该机械分离器具有生物质入口、固体出口和稀污泥出口；
[0007]发酵罐，该发酵罐具有固体入口、稠污泥入口和发酵残余物出口；
[0008]蒸发系统，该蒸发系统具有稀污泥入口、稠污泥出口、冷凝物出口和累积硫酸铵溶液出口，
[0009]其中，机械分离器经由泵和第一管线与预备坑连接，该机械分离器的固体出口与发酵罐的固体入口连接，并且该机械分离器的稀污泥出口与蒸发系统的稀污泥入口连接，且其中，蒸发系统的稠污泥出口导向发酵罐的稠污泥入口。
[0010]在预备坑之后直接减少生物质体积至少具有以下优势。沼气生产系统(发酵罐、进料系统等)能够构造得更为小型化，或者能够以相同的规模增大产量。其次，通过在此“预备阶段”中的蒸发来加热生物质，使得加热后的稠污泥不再需要加热发酵罐，或仅在较低程度上加热发酵罐。附加地，还能够通过热量回收从一个或多个蒸发器获得用于加热发酵罐的热量。
[0011]所述设备的一种有利构建方式在于，发酵罐的发酵残余物出口经由第二管线和泵导向生物质入口，并经由第五管线导向第一发酵残余物输出端，其中，蒸发系统的稠污泥出口经由第四管线导向第二发酵残余物出口，且其中，第一管线至第五管线各自具有第一滑
阀至第五滑阀。
[0012]通过(重复)将发酵的生物质从发酵罐返送回系统输入端，能够进一步减少生物质，并且提高沼气生产效率。附加地，可以在蒸发系统中提取额外的铵。
[0013]本专利技术用以达成上述目的的解决方案为一种用于优化沼气系统的方法，其中，将存蓄在预备坑中的生物质泵送到机械分离器中，并在该机械分离器中分离成固体和稀污泥，其中，在蒸发系统中将稀污泥蒸发而浓缩成稠污泥，且其中，将固体和稠污泥输送到发酵罐中。
[0014]所述方法的一种有利构建方式在于，将发酵罐中发酵后的发酵残余物返送回分离器，并在经过至少一次循环之后经由第二发酵残余物出口排放出蒸发系统。
[0015]根据本专利技术的主题，能够实现沼气系统在能量效率方面的优化。通过从借助发酵罐下游的分离器所获得的发酵生物质的液体组分(稀污泥)中回收热量，例如从粪肥中回收热量，能够显著节约热能。
[0016]例如，必须将发酵罐中的生物质从10℃(该温度指标是指粪肥年均热量)加热到40℃。常规系统中为此所用的粪料/粪肥热交换器(即通过其回路泵送包含纤维组分的生物质的热交换器)成本极高，因为这类热交换器必须设计成使得它们能够应对先前未分离的生物质的固体纤维。例如，如今每日能够加热100m3至120m3粪肥的热交换器的成本约达150000欧元，所需空间约为回路中仅送入粪肥的液体组分的热交换器的5倍。后者热交换器的成本便宜10倍。(在本文中，术语“粪料/粪肥热交换器”通常代表设置用于任何种类的液体生物质的热交换器。)
[0017]在能量效率方面，本专利技术用以达成上述目的的解决方案为根据本专利技术所述的一种用于通过从发酵生物质的稀污泥组分回收热量来优化沼气系统的设备和方法。该解决方案则提出，在发酵罐上游分离出液体组分，并通过热交换器利用分离出的液体组分来加热从发酵罐获得的发酵残余物，然后将其供送到发酵罐。
附图说明
[0018]下面结合附图来详述所述设备和所述方法。图中：
[0019]图1示出用于在减少体积方面优化沼气系统的系统的示意图；
[0020]图2示出根据图1的系统，其中将发酵的生物质返送回系统输入端；
[0021]图3示出用于在能量效率方面优化沼气系统的示意性系统，其中利用来自发酵罐以及针对发酵罐的热量回收。
具体实施方式
[0022]根据图1的示意图示出一种用于减少生物质体积的设备。一般在所谓的预备坑VG中收集这种生物质。视需要，可以将这种生物质从该预备坑经由泵P和生物质输入端BE泵送到机械分离器PS中。可以使用诸如压榨螺杆式分离器、筛鼓式分离器或辊式分离器的机械分离器作为分离器PS。
[0023]在分离器PS中，将生物质分离成固体污泥和稀污泥。生物质中分离出的液体组分称为稀污泥，根据分离器中筛网的尺寸，该稀污泥仍含固体颗粒。固体通过固体输出端FA经由发酵罐F的固体输入端FE供送到发酵罐F。稀污泥通过分离器的稀污泥输出端DuA经由蒸
发系统VA的稀污泥输入端DuE供送到蒸发系统VA。
[0024]在本图中仅将蒸发系统显示为黑框。这类蒸发系统例如在沼气技术中为众所周知。例如，早期的德国专利申请DE 10 2017 118 356揭示了一种具有热交换器、蒸发器、蒸气洗涤器、冷凝器等的蒸发系统。在蒸发器中蒸发出蒸气，在蒸气洗涤器中从该蒸气洗出硫酸铵作为硫酸铵溶液，并将净化的蒸汽冷凝。
[0025]在本文描述的设备中，硫酸铵溶液经由输出端AS从蒸发系统VA导出，并且累积的冷凝物经由输出端KA从蒸发系统VA导出。蒸发系统也可以具有多级蒸发器，例如参阅国际专利申请WO2015067240A1。蒸发系统一般是由集中热电站(图中未显示)来加热，其中蒸发热(仍可通过在级联末端的几个蒸发器获得的蒸发热)能够用于加热发酵罐或预热待发酵的生物质。与常规系统相比，根据集中热电站所提供的热量和蒸发器级数，生物质体积和所需的相应系统组件可以减少20％至60％。
[0026]在蒸发系统VA中增稠的稀污泥作为稠污泥通过稠污泥输出端DiA经由发酵罐F的稠污泥输入端DiE引入到发酵罐F中。在发酵罐F中发酵的生物质可以作为发酵残余物通过发酵残余物输出端GA例如引入到发酵残余物储存器(图中未示出)中。由于蒸发和减少生物质体积，一方面，必然减少液体消耗，另本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于通过减少存蓄在预备坑(VG)中的生物质体积来优化沼气系统的设备，其包括：机械分离器(PS)，所述机械分离器具有生物质入口(BE)、固体出口(FA)和稀污泥出口(DuA)；发酵罐(F)，所述发酵罐具有固体入口(FE)、稠污泥入口(DiE)和发酵残余物出口(GA)；蒸发系统(VA)，所述蒸发系统具有稀污泥入口(DuE)、稠污泥出口(DiA)、冷凝物出口(KA)和累积硫酸铵溶液出口(AS)，其中，所述机械分离器(PS)经由第一管线(L1)与预备坑(VG)连接，所述机械分离器的固体出口(FA)与所述发酵罐(F)的固体入口(FE)连接，并且所述机械分离器的稀污泥出口(DuA)与所述蒸发系统(VA)的稀污泥入口(DuE)连接，且其中，所述蒸发系统(VA)的稠污泥出口(DiA)导向所述发酵罐(F)的稠污泥入口(DiE)。2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述发酵罐(F)的发酵残余物出口(GA)经由第二管线(L2)导向所述生物质入口(BE)，并经由第五管线(L5)导向第一发酵残余物输出端(GA1)，其中，所述蒸发系统(VA)的稠污泥出口(DiA)经由第四管线(L4)导向第二发酵残余物出口(GA2)，且其中，所述第一管线至第五管线(L1、L2、L3、L4、L5)各自具有第一滑阀至第五滑阀(S1、S2、S3、S4、S5)。3.一种用于通过减少预备坑(VG)中存蓄的生物质体积来优化沼气系统的方法，其中，将生物质从所述预备坑(VG)泵送到机械分离器(PS)中，并在所述机械分离器中分离成固体和稀污泥，其中，在蒸发系统(VA)中将所述稀污泥蒸发而浓缩成稠污泥，且其中，将所述固体和所述稠污泥输送到发酵罐(F)中。4.根据权利要求3所述的方法，其中，将所述发酵罐(F)中发酵后的发酵残余物返送回所述分离器(PS)，并在经过至少一次循环之后经由第二发酵残余物出口(GA2)排放出所述蒸发系统(VA)。5.一种用于通过从发酵生物质的稀污泥组分中回收热量来优化沼气系统的设备，其包括：第一机械分离器(PS1)，所述第一机械分离器具有第一生物质入口(BE1)...

【专利技术属性】
技术研发人员：克莱门斯，
申请(专利权)人：格雷戈尔，
类型：发明
国别省市：