CN101240294A - 用于生物质材料的固态甲烷发酵的方法及其发酵设备系统 - Google Patents

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Abstract

通过固体生物质材料的固态发酵产生生物气的方法，其包括如下步骤：(1)将生物质材料制成颗粒；(2)将颗粒导入酸性发酵区；(3)在保持氧浓度为0.01％－5.0％的半好氧条件下或兼性厌氧条件下，使颗粒中的生物质材料进行固态酸性发酵；(4)通过压缩从生物质材料的颗粒中去除氧气来增加颗粒的密度；(5)将致密的颗粒转移至甲烷发酵区中；和(6)在厌氧条件下，使致密颗粒中的生物质材料在甲烷发酵区中进行甲烷发酵，和通过固体生物质材料的固态发酵产生生物气的设备系统，其包含：酸性发酵罐(7)，其具有将固体生物质材料制成颗粒的装置(4)和带有可移动阀门的空气入口(25)；和甲烷发酵罐(11)，其具有颗粒压缩装置(12)，所述甲烷发酵罐(11)通过用于隔开的可移动阀门(9)与酸性发酵罐(7)相连。

Description

用于生物质材料的固态甲烷发酵的方法及其发酵设备系统
背景技术
本发明涉及固体生物质材料的不使用水的酸性发酵和甲烷发酵方法，以及使用所述方法的发酵设备系统。
湿甲烷发酵(wet methane fermentation)过程作为厌氧条件下生物质的甲烷发酵方法得到了广泛应用，所述过程中将与水混合的固体生物质进行厌氧发酵。
然而，在这样的湿甲烷发酵过程中存在设备成本较高的缺点，因为每体积起始生物质材料必需大约15至20体积的发酵罐，因而增加设备的容积。
干甲烷发酵(dry methane fermentation)过程将这种缺点消除，在该过程中固体生物质材料在厌氧细菌的帮助下进行甲烷发酵。根据这种方法，处理1体积起始材料所需的发酵罐容积是大约1.5倍体积，从而可能将设备最小化至一定程度。然而，还存在这样的缺点：花费长时间排出起始固体生物质材料中存在的空气，以保持甲烷发酵所必需的厌氧条件。如果固体生物质材料中同时存在富含湿气的垃圾或废弃食物残余物，兼性厌氧细菌会在短时间内自我繁殖，同时消耗固体材料中存在的空气中的氧气，从而迅速加速在兼性厌氧细菌帮助下的分解，以产生大量有机酸，使pH转向酸性范围。因为这些原因，在碱性范围内生长的产甲烷菌的繁殖受到抑制或终止，导致生物气的形成需要至少约一年。
关于干甲烷发酵过程，现有技术包括：有效产生甲烷的过程，其中的设备适合于生物质材料的组成和反应条件，所述过程包括在厌氧条件下对生物质起始材料进行甲烷发酵期间，将固体副材料(side-material)与粒状或浆状有机废弃材料混合，以制备具有透气性和流动性的废弃混合物，此后将该混合物进行厌氧发酵(参见JP11-309493A)；方法，其中将有机废弃材料的C/N比调整到20至250(参见JP2001-347247A)；方法，其中将有机废弃材料与无机多孔材料混合，并且将混合物导入甲烷发酵罐(参见JP2002-320949A)；和方法，其中将有机废弃材料与碳化物(carbide)混合，并且使混合物进行甲烷发酵(参见JP2005-230624A)。
然而，在所有这些过程和方法中，将生物质起始材料与单独的副材料混合，然后调整发酵条件，因此为了获得副材料和增加混合步骤的费用不可避免地会增加成本。另外，难以在进行甲烷发酵之前对兼性厌氧条件或半好氧条件进行完全的控制，也难以在甲烷发酵时控制绝对的厌氧条件。
另一方面，还已知所谓的两阶段型固态甲烷发酵过程，其中在好氧条件下于酸性发酵罐中培养光合作用细菌，而甲烷发酵罐中厌氧条件下的反应通过使用在酸性发酵罐期间产生的热量来促进，从而有效地产生甲烷(参见JP2005-81182A)。在干过程中，优选两阶段固态甲烷发酵过程，因为酸性发酵步骤中的氧浓度具有适中的可控性，还因为在固态甲烷发酵步骤中保持绝对厌氧条件的可能性。在前述方法中，将好氧条件和厌氧条件联合使用，难以设置完全相反的条件，因此至今为止尚未实现。
发明简述
已经完成的本发明的目的是，在通过两阶段固态甲烷发酵过程有效地进行甲烷形成时，提供高效产生甲烷的方法，所述方法通过在酸性发酵过程中控制好氧条件和在甲烷发酵中控制厌氧条件，并且不向起始生物质材料中添加任何外源材料。
对开发以低成本在两阶段固态甲烷发酵中有效产生甲烷的过程进行广泛的研究，结果目前发现可以通过如下方法实现上述目标：将成形为颗粒状的压碎的生物质材料进料至已引入空气的酸性发酵区中；将该区域中的生物质材料在兼性厌氧条件或半好氧条件下进行酸性发酵；压缩颗粒以去除包含非常少量氧气的气体；和将生物质颗粒转移至甲烷发酵区，其中将生物质颗粒在厌氧条件下压缩并进行甲烷发酵，同时将包含非常少量氧气的气体去除。本发明根据上述发现而完成。
按照本发明，提供通过固体生物质材料的固态发酵产生生物气的方法，其包含如下步骤：
(1)将生物质材料制成颗粒；
(2)将颗粒导入酸性发酵区；
(3)在保持氧浓度为0.01％至5.0％的半好氧条件下或兼性厌氧条件下，使颗粒中的生物质材料进行固态酸性发酵；
(4)通过压缩从生物质材料的颗粒中去除氧气来增加颗粒的密度；
(5)将致密颗粒转移至甲烷发酵区中；和
(6)在厌氧条件下，使致密颗粒中的生物质材料在甲烷发酵区中进行甲烷发酵，
本发明还提供通过固体生物质材料的固态发酵产生生物气的设备系统，其包含：酸性发酵罐，其具有将固体生物质材料制成颗粒的装置和带有可移动阀门的空气入口；和具有颗粒压缩装置的甲烷发酵罐，其通过用于隔开的(for separation)可移动阀门与酸性发酵罐相连。
在前述酸性发酵区中，使用在兼性厌氧条件或半好氧条件下成形为颗粒的固体生物质材料来调整区域中氧气的分压，以免因为发生过多的酸性发酵而使温度升高。
附图简述
图1是流程图，其显示本发明的过程的实例。
图2是侧面示意图，其显示本发明的设备系统。
图3是曲线图，其显示参考实施例1中制备的三种颗粒在一段时间内生物气放出的差异。
图4是曲线图，其显示参考实施例2中制备的三种颗粒在一段时间内生物气放出的差异。
图5是曲线图，其显示参考实施例3中获得的生物气放出累积量和甲烷浓度之间的关系。
优选实施方案详述
下面，将参照附图来阐释本发明。
图1是流程图，其显示本发明的方法的实例。所述方法由以下步骤组成：粗略粉碎步骤(a)、颗粒化(pelletizing)步骤(b)、酸性发酵步骤(c)、甲烷发酵步骤(d)、发酵残余物回收步骤(e)、第二颗粒化步骤(f)和能量产生步骤(g)。将起始生物质材料(A)提供至步骤(a)，并通过各步骤对其进行处理。最后，将处理后的材料作为燃烧残余物(D)排出(exhaust)。在这些步骤中，步骤(d)中形成生物气(B)，并在步骤(f)中获得制成颗粒的固体燃料(C)。
作为向步骤(a)提供的起始生物质材料，任何用作甲烷发酵的起始材料的材料都可以使用，所述材料选自迄今为止用作发酵材料的、动物或植物来源的普通有机废弃材料。这样的材料的示例是，例如，农业废弃物比如稻草(straw)和干草、纯化水箱的污物(grime of a purified water tank)、下水道污物(sewagegrime)、食物废弃物、林业废弃物比如伐木材料(lumbering materials)和疏伐材料(thinning materials)、家畜排泄物、渔业污物(fishery grime)、旧纸张和排泄物。在这些示例中，将包含大量水的物质(如污物和排泄物)在使用之前干燥并固化。
在步骤(a)中将这些材料粗略地压碎，使大小不超过100mm，然后在步骤(b)中颗粒化，如果需要的话，其中可以基于起始材料的质量大约0.001至5％的量加入熟石灰或生石灰。在步骤(b)中，通过双螺旋挤压机(double-screwextruder)、活塞压力进料机(piston pressure feeder)等，在至少0.5MPa，或通常在0.5至80MPa的压力下，通过直径为7至100mm的模具(die)颗粒化。加入熟石灰或生石灰以使酸性发酵后的甲烷发酵中生物质材料的碱度易于调整。
优选在超永磁体(ultra-permanent magnet)等的帮助下，去除在进行压碎前可能存在于材料中的金属餐具和烹饪工具，比如厨刀、叉、匙。
在为除去起始生物质材料中包含的气体而进行的颗粒化步骤(c)中，因为颗粒化的成形条件根据材料的水含量或湿含量而变化，所以需要选择模具的直径大小，以获得适当的成形条件。优选在低水含量进行颗粒化步骤，水含量不超过40％湿基(wet basis)。
术语“％湿基”表示在常压下，室温时，生物质材料中包含的固体成分的干质量和水含量的总和中水含量的百分比(％)。
将酸性发酵步骤(c)和甲烷发酵步骤(d)在与已知的甲烷发酵所采用的相同反应条件下进行；即步骤(c)通常在保持0.01至5.0％氧浓度的半好氧条件或厌氧条件下进行，而步骤(d)在绝对厌氧条件下进行。在常规固态甲烷发酵中，形成主要包含甲烷的生物气，但甲烷发酵后残留的残余物包含氨(ammonia)和未消化的有机酸，如丁酸、丙酸等，并发出强烈的难闻气味，使碳化处理后获得的碳化产物不能有益地使用。本发明的方法中获得的残余物没有这样难闻的气味，并在步骤(f)中进行第二颗粒化处理，可将步骤(f)中得到的颗粒有益地用作固体燃料颗粒。
在前述步骤(c)和(d)中，生物气的得率(yield)和生物气的产生速度受特定氧气分压影响，因此这些步骤之间需要建立压差。通过在两个步骤之间提供的隔板(bulkhead)和安装在该隔板上的可移动阀门的作用来保持压差，作用的方式为阀门一直关闭，只在去除颗粒时打开。然后测定酸性发酵步骤中甲烷的浓度，并将可移动阀门适当地开启或关闭以调整压差。在这种情况下，优选将酸性发酵区中的氧气分压设置在1至5000Pa的范围内，将甲烷发酵区中的氧气分压设置在0.1至1.0Pa的范围内。
在步骤(d)中，需要压缩起始的制成颗粒的材料，从而使生物质颗粒中不留空隙空间，因为产甲烷菌(methanogen)是一种绝对兼性厌氧的细菌，甚至非常少量氧气的存在也会显著影响所述产甲烷菌的代谢。这可以通过在0.5至10MPa的压力下使用压机型(press type)的压缩机械装置而得到。在这种情况下，重要的是保证压机的活塞的可移动部分与发酵罐的上部之间的气密性，因此优选应用液封型或迷宫环型(labyrinth ring type)的密封方式，以使其能够耐受最大3000mm Aq的气压。然而，未进行密封时，没有发现甲烷得率有明显的降低。如果需要，可以不进行密封。在压缩-增加密度后，颗粒的本体密度(bulk density)增加，应该在920至1360kg/m3的范围内。
适当地，步骤(c)中生物质材料的水含量为大约70％湿基，而步骤(d)中生物质材料的水含量为大约80％湿基，因此在这些步骤中，优选分别对水含量进行调节。优选地，回收在干燥甲烷发酵残余物的过程中产生的蒸发水，并将其用作这种情况下补充的水。步骤(d)中水的补充可以通过将从步骤(d)中产生的浆料中流出(ooze out)的水进行再循环(recycle)来进行。
处理甲烷固态发酵中的残余物对于完成所谓的共产生系统非常重要，所述共产生系统指热能和电力的同时产生，因为残余物可以用作外燃机(externalcombustion engine)的燃料，所述外燃机被用作动力产生设备(power generator)。当生物质材料中绝对不含不可燃的外来材料时，在干燥后将步骤(e)中的残余物颗粒化，可将生成的颗粒用作提供动力(power supply)的外燃机的固体燃料。
然而，通常不可避免的是，生物质材料中包含从化石燃料产生的外来材料。通常，将产物用作能源时，有害物质比如二英必须在800℃或更高的温度热分解。然而，根据本发明的方法，在步骤(e)中回收来自步骤(d)的发酵残余物，进行第二颗粒化，并在低压高温(600℃，大约0.2MPa)将过热蒸汽加入所得的颗粒，然后通过利用生物气，使颗粒在800℃以上进行热分解反应，从而产生具有高热量的合成气体。将此步骤形成的残余物在步骤(g)中燃烧。
当使用具有生物气燃烧助推器(booster)的热分解反应炉，或者由于有外燃机而建立起共产生系统作为附件(annex)时，有利的是两阶段固态甲烷发酵设备系统不必需水处理步骤。
尽管取决于起始生物质材料中不可燃无机物质的含量，步骤(g)中形成的燃烧残余物，即灰烬，都包括有用和无用的部分。适当分级的家庭废弃物如垃圾和废弃食物，在很多情况下都可以再利用，并是有用的，但是其它无用的部分除了用作填埋材料外，尚未发现其它处理方法。
当使用两阶段固态甲烷发酵设备系统时，需要通过实验选择步骤(c)中使用的酸性发酵罐和步骤(d)中使用的甲烷发酵罐的容积比例。假设产生的生物气的量依赖于起始生物质材料的表观密度和水含量而变化，实验证实，虽然当通过颗粒化使起始材料的表观密度增加时，在短时间内生物气的产生加速，但假如水含量维持在大约70％湿基，生物气的产生变慢而使每单位质量产生的生物气的量减少。
在本发明的方法中，通过将氧浓度维持在一定水平而将步骤(c)中生物质材料的水含量控制在大约70％湿基，从而使酸性发酵伴有在兼性厌氧细菌代谢的帮助下进行的放热反应。然而，当步骤(c)长时间进行时，根据生物质材料的种类而可能存在这样的情况，其中步骤(d)中的甲烷发酵由于有机酸的量变大而受到抑制。因此，优选地，将步骤(c)限制在10至30天。可以在监控氧浓度和反应温度的同时进行所述反应时间的控制，对氧浓度和反应温度的监控通过如下方法进行：用RO膜或PSA来调节氧浓度，或者改变步骤(a)中加入的熟石灰或生石灰的量。
因为步骤(d)中甲烷浓度成为稳态需要大约200天，所以优选将步骤(d)持续至少200天。因为起始生物质材料的水含量优选为大约80％湿基，所以将此步骤回收的浆液返回并喷雾，以保持水含量为大约80％湿基。特别优选的生物质材料的水含量为80至85％湿基。
在本发明的方法中，如果需要，在步骤(d)之后对甲烷发酵的残余物进行回收，并且将残余物在干燥后颗粒化以制备固体燃料[步骤(e)]。此外，本发明的方法中如果需要，将步骤(e)中获得的固体燃料用过热蒸汽加热，并用步骤(d)获得的生物气进一步加热高达至少800℃以产生热分解气体。
现在将通过附图说明本发明的设备系统。图2是显示本发明的设备系统的侧面示意图。
在此图中，来自进料槽1的固体生物质材料在粉碎机2中粗略地粉碎，然后通过向下推进的螺旋输送机3推入挤压机4，所述挤压机4由驱动控制单元5驱动，由此将生物质材料制成颗粒。使材料通过预备室(preparatorychamber)6，穿过模具20制成颗粒，之后提供给酸性发酵罐7，酸性发酵罐7具有带可移动阀门的空气入口25。在热介质储存室8，将颗粒向上沿着以α角度倾斜的上表面推动，传送至甲烷发酵罐11。酸性发酵罐7和甲烷发酵罐11用隔板隔开，隔板上安装有可移动阀门9，其通过角度控制制动器(angle-controlling actuator)10驱动。甲烷发酵罐11的上表面装有压力机压制头(press-compacting head)12，其通过气密的维持室13与外部空气隔开，在维持室13中，将由酸性发酵罐7提供的起始颗粒进行压制，以去除包含痕量氧的空气。
在垂直螺旋输送机14和平行螺旋输送机的帮助下，将甲烷发酵的残余物输送至干燥设备17，在其中将残余物用鼓风机21吹出的干燥空气和取自出料口23的干燥空气干燥。
甲烷发酵罐11中形成的生物气从排气口(exhaust opening)22排放。
另一方面，在再循环泵16帮助下通过浆料储存装置19的和多个喷雾嘴18将在甲烷发酵罐11以角度β倾斜的底表面上收集的浆料产品再循环，并循环至酸性发酵罐7和甲烷发酵罐11。
将取自出料口23的干燥的残余物制成颗粒并用作固体燃料。使用辐射温度计(radiation thermometer)24追踪酸性发酵罐7的内部温度。
根据本发明，除了从甲烷发酵的残余物获得的优质的颗粒化固体燃料之外，可从生物质材料有效地产生生物气。
现在说明进行本发明的最佳模式，但是本发明并不限于此。
参考实施例1
通过将垃圾粉碎和脱水获得的固体物质(水含量：40％湿基)与按质量计0.01％(基于干质量)的熟石灰混合，使混合物成形为3种颗粒，每种直径为7mm，长20mm，表观密度为650kg/m3、800kg/m3和900kg/m3。
将前述颗粒提供给两阶段型固态甲烷发酵设备系统，其容量为200升，进料速率为0.5kg/天，同时将计算的水量在2天中喷雾到通向露天(open air)的酸性发酵罐，该方式使得第五天的水量可以达到70％湿基。在这种情况下，可使颗粒保持5天而不加水。计算在甲烷发酵罐添加的水量，并调整水量以达到85％湿基。甲烷发酵罐的温度持续维持在25±5℃。
从所述三种样本由此获得的测试结果示于图3，图3显示的是经过的时间与放出的生物气的累积体积的关系，放出的生物气以提供的垃圾的质量为基础。另外，通过辐射温度计测量酸性发酵罐中颗粒在第五天的表面温度，其上温度为40±5℃。
参考实施例2
通过将垃圾粉碎和脱水获得的固体物质(水含量：40％湿基)与按质量计0.01％(基于干质量)的熟石灰混合，使混合物成形为颗粒，每个颗粒的直径为7mm，长为20mm。
将前述颗粒提供给两阶段型固态甲烷发酵设备系统，其容量为200升，进料速率为0.5kg/天，同时将计算的水量在2天中喷雾到酸性发酵罐，该方式使得第五天的水量可以达到70％湿基。在这种情况下，可使颗粒保持5天而不加水。计算在甲烷发酵罐添加的水量，并调整水量以达到70-75％湿基。甲烷发酵罐的温度持续维持在25±5℃。由此制备表观密度为650kg/m3、800kg/m3和900kg/m3的三种样本。
从所述三种样本由此获得的测试结果示于图4，图4显示的是经过的时间与放出的生物气的累积体积的关系，放出的生物气以提供的垃圾的质量为基础。另外，通过辐射温度计测量酸性发酵罐中颗粒在第五天的表面温度，其上温度为40±5℃。
参考实施例3
将除尿之外的牛粪(cow dung)自然干燥以制备水含量为80至85％湿基和70至75％湿基的样本。将样本颗粒化(7mm直径×15mm)，以使颗粒的表观密度为800kg/m3，将颗粒提供给两阶段型固态甲烷发酵罐，其容量为1000升，进料速率为3.0kg/天。图5是显示由此获得的放出的生物气的累积量与甲烷浓度之间关系的图。
在本实施例中，不添加水并将干燥材料颗粒化，同时在进料槽调整其水含量，并进料至酸性发酵罐和甲烷发酵罐。酸性发酵罐和甲烷发酵罐之间安装的可移动阀门由手动操作。
这个设备系统中不提供压力机压制装置(press-compacting device)和干燥装置。在酸性发酵罐中，通过用PSA将氧浓度控制到2％，具有70至75％湿基的颗粒的温度为40至45℃，而具有80至85％湿基的颗粒的温度不可能上升到大约30℃。对于这两种潮湿的情况，几乎检测不到甲烷浓度的变化。
根据上述参考实施例1和2，注意到随着表观密度越大，甲烷浓度越早到达稳态。由参考实施例1和2看来还注意到，与水含量为80至85％湿基时相比，当水含量为70至75％湿基时，放出的生物气的累积量以及每吨起始材料产生的生物气的量变得更低。
由参考实施例3看来，注意到需要至少200天来使固体材料通过甲烷发酵罐。
实施例1
使用与参考实施例1中所述相同的方式进行处理，只是在参考实施例1中将颗粒提供到甲烷发酵罐之前，将颗粒借助压力机于1.0MPa的压力下压缩，由此认为与图3的情况相比，每种样本放出的生物气的累积体积增加了20至30％。
实施例2
预先通过使用永磁铁去除垃圾中的金属碎屑(metallic dust)，然后通过使用破碎机压碎垃圾，使粒度不超过10mm。即使在加压以具有在水含量为40％湿基或更高时获得的塑性可流动性(plastic flowability)时，尝试将由此压碎后的材料颗粒化也不能通过模具口(die opening)。然而，当通过将木屑与垃圾混合而使水含量降至大约30％湿基时，在弹性形变范围内的推挤下，材料可以通过模具口。
向由此获得的颗粒喷水以将其水含量调整至大约70％湿基，从而将其转移至两阶段固态甲烷发酵设备系统，所述系统总体积为1000升，连续运行时控制氧浓度为大约1％，发现基础材料(base material)的温度在第五天上升至50℃，将这种条件维持至第十天。
接下来，当维持这些条件时，从甲烷发酵罐底表面获得渗出液体(exudation liquid)，将渗出液体喷洒至甲烷发酵罐，以保持水含量在80％湿基，在材料温度为25至35℃时继续进行实验，发现在度过35天后放出生物气，在度过180天后放出的速率达到稳态。
接着，将此处获得的甲烷发酵残余物在热空气干燥箱中干燥，使水含量降至25％湿基，然后通过具有7mm的模具口的制粒机成形为颗粒，使颗粒温度增加至大约80℃，得到水含量为15至18％湿基的固体燃料。附带地，在上述干燥步骤中产生的蒸汽具有氨的气味，但是将同样的生物气燃烧则得到无味的排出气体。
实施例3
将参考实施例3中使用的相同的牛粪提供给两阶段型固态甲烷发酵设备系统以产生生物气，所述设备系统具有图2中所示的结构。
以与实施例1相同的方式，将固态甲烷发酵得到的残余物颗粒化以制备包含颗粒(7mm直径×20mm)的固体燃料，其含有12％湿基的水。这种固体燃料具有大约4000kcal/kg的低级热值。
通过使用这种燃料在炉温650±50℃操作Stirling Engine ST-5(由StirlingEngine Co.，Ltd.，Japan销售)，其具有的燃烧器最大输出为5000kcal/小时，从而在燃料消耗为每小时6.5kg的甲烷发酵残余物颗粒时，得到的电输出功率(electric output power)为3.0至3.2kW。电力转化效率为大约10％，而废热温度达到450℃。发现通过用气-气或水-气热交换器进行热交换将排出气体的温度降至250℃时，可回收50至60％的热量。
实施例4
通过将实施例3中使用的甲烷发酵残余物颗粒化，对由此获得的固体燃料进行高频加热，将得到的过热蒸汽于0.25MPa的压力下导入不锈钢制的喷射流罐(jet stream tank)中，所述罐的容积为50升；借助螺旋钻(screw auger)将实施例3中使用的甲烷发酵残余物的2kg颗粒进料于所述喷射流罐，同时借助生物气燃烧器将喷射流罐的外壁在大约820±20℃进行加热。在热分解3分钟后，取得作为合成气获得的热分解气体，实验结果显示该气体组成中包含CO：18％，H2：45％，CH4：9％，N2和O2：28％。继续进行热分解，这些气体中N2和O2的浓度下降。

Claims (12)

1.用于通过固体生物质材料的固态发酵产生生物气的方法，其包括如下步骤：
(1)将生物质材料制成颗粒；
(2)将颗粒导入酸性发酵区；
(3)在保持氧浓度为0.01％-5.0％的半好氧条件下或兼性厌氧条件下，使颗粒中的生物质材料进行固态酸性发酵；
(4)通过压缩从生物质材料的颗粒中去除氧气来增加颗粒的密度；
(5)将致密颗粒转移至甲烷发酵区中；和
(6)在厌氧条件下，使致密颗粒中的生物质材料在甲烷发酵区中进行甲烷发酵。
2.根据权利要求1产生生物气的方法，其中步骤(1)中颗粒化的生物质材料具有不超过100mm的粒度。
3.根据权利要求1产生生物气的方法，其中通过挤压生物质材料经过模具来进行步骤(1)中生物质材料的颗粒化。
4.根据权利要求3产生生物气的方法，其中在至少0.5MPa的压力下经过直径为7-100mm的模具进行生物质材料的挤压。
5.根据权利要求1产生生物气的方法，其中将步骤(1)中用来颗粒化的生物质材料预先与氢氧化钙或氧化钙混合，氢氧化钙或氧化钙的量按重量计是生物质材料质量的0.001％至5％。
6.根据权利要求1产生生物气的方法，其中步骤(6)中经过尺寸调整的生物质材料的致密颗粒具有的水含量按湿基质量计为80％至85％。
7.根据权利要求1产生生物气的方法，其中在步骤(6)的甲烷发酵后回收发酵残余物，将该发酵残余物干燥用作固体燃料。
8.根据权利要求7产生生物气的方法，其中用过热蒸汽加热固体燃料后，在800℃或更高温度加热以产生热分解气体。
9.通过固体生物质材料的固态发酵产生生物气的设备系统，该设备系统包括：酸性发酵罐，其具有将固体生物质材料制成颗粒的装置和带有可移动阀门的空气入口；和具有颗粒压缩装置的甲烷发酵罐，其通过用于隔开的可移动阀门与酸性发酵罐相连。
10.根据权利要求9的设备系统，其中酸性发酵罐装有：与输送机相连的生物质材料的进料槽，具有在顶端成形的模具的挤压机，经过模具与挤压机相连的向上倾斜的底表面；甲烷发酵罐通过可移动阀门与酸性发酵罐相连，所述阀门通过角度控制制动器打开或关闭，所述甲烷发酵罐的上表面装有压力机压制头，底表面成形为沿浆料储存装置的方向向下倾斜；和再循环机构，用于将浆料储存装置中收集的浆料返回到甲烷发酵罐中。
11.根据权利要求9的设备系统，其中进一步提供用于对生物质材料进行预处理的去除金属的机构。
12.根据权利要求9的设备系统，其中甲烷发酵罐在发酵残余物的出料口处装有干燥箱。
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