CN103108949A - 消化器 - Google Patents

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CN103108949A CN2011800427800A CN201180042780A CN103108949A CN 103108949 A CN103108949 A CN 103108949A CN 2011800427800 A CN2011800427800 A CN 2011800427800A CN 201180042780 A CN201180042780 A CN 201180042780A CN 103108949 A CN103108949 A CN 103108949A
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Abstract

本发明涉及一种用于消化设备（1）的消化器（10），该消化器包括消化罐（11），该消化罐限定有消化罐腔室（62）并且具有模块开口（69）；消化模块（72），该消化模块位于模块开口中并且延伸至消化罐腔室（62）中。消化模块与消化罐可拆卸地连接，并且包括用于加热消化罐（11）中的物料的加热器（84）和具有入口（98；108）和出口（102，104；110；122）的至少一个管件（94；96；118），入口和出口中的一者位于消化罐腔室（62）的内部，并且入口和出口中的另一个位于消化罐腔室（62）的外部。所述至少一个管件可以为：供应管（94），该供应管用于向消化罐供应物料，供应管具有位于消化罐腔室外部的入口（98）和位于消化罐腔室内部的出口（102；104）；引出管（96），该引出管用于从消化罐引出物料，引出管具有位于消化罐腔室内部的入口（108）和位于消化罐腔室外部的出口（110）；或气体引出管（118），该气体引出管用于从消化罐引出气体，气体引出管具有位于消化罐腔室内部的入口和位于消化罐腔室外部出口（122）。

Description

消化器
本发明涉及一种消化器，尤其涉及一种用于厌氧消化的消化器。本发明还涉及一种消化设备和用于消化可生物降解的原料的方法。
近几年，与从以传统的煤和石油为基础的资源中产生能量有关的经济成本已经显著地增加，并且没有减少的迹象。现在，全球的政府和监管机构已经注意到了通过提取和随后使用这些资源来产生能量的方式对环境所造成的破坏。因此，现在对于识别和利用可替代的能源有着强烈的兴趣。对于环境问题的重要性的不断提高的认识已经使得许多新的规则得以推行，从而实现对管理和处置废物及潜在的有害物质的方式进行监测和控制。这些不同的因素结合起来促使形成一种工作平台，尤其是正在针对小到中等规模的企业（operation）（例如农场、小型家庭庄园、假日公园和营地甚至临时的军事设施）对这种工作平台进行测试，这些小到中等规模的企业无法从针对大规模企业所进行的能量利用和废物管理的效能中获益。因此，需要开发系统以帮助小到中等规模的企业满足它们的能源需求和环保责任。
厌氧消化（也被称为厌氧发酵）是一种用于将可生物降解的物料转化为沼气和由液体成分和固体成分组成的沼液沼渣（digestate）的过程。大范围的可生物降解的物料可以用作用于消化过程的原料，例如农场泥浆、家庭食物及花园弃物、生活废水、餐饮及食品加工废物、来自屠宰场的废物及机械分离的城市垃圾（即，已经将不可生物降解的部分分离的垃圾）。已处理的垃圾或沼液沼渣可以用作肥料，该肥料中的液体成分和固体成分保留在一起，或者可以将液体成分和固体成分分离成用作液体肥料的液体成分和在用作肥料前堆肥的固体成分。沼气是甲烷气体和以二氧化碳为主的气体的混合物。甲烷气体可以用作车辆等中的生物燃料，或者可以用于产生电力或热能。电力可以供消化器操作者、周围地区的其他人直接使用，或者可以供应给国家电网以产生经济效益。热能可以供消化器操作者或其他人直接使用或用于再加热水。
优选地，产生的热量可以反向循环至消化器以支持更多的可生物降解的物料的消化。
已知地，在消化设备中，可生物降解的废料被供应到多个消化罐。在消化罐中加热废料并且将沼气从消化罐的顶部引出。在安装消化设备的过程中，需要将加热器、泵、废料入口和废料出口以及气体出口安装到消化罐中。这是一个耗费时间的过程，并且通常在现场实施且该过程需要在消化罐的有限空间内进行。此外，如果消化设备需要维护或检修，则必须将消化罐排空且工作人员可能需要在消化罐中施工。由于消化罐内部的环境是令人厌恶的且会给工作人员造成重大的健康和安全风险，所以这是非常不理想的。因此，现在需要解决关于现有的消化器和消化设备的上述问题中的一个或多个问题。
本发明的一个目的在于，在涉及高效的和环保的能源发电的方面，消除或减轻上述问题中的一个或多个问题。
本发明的另一个目的在于，提供一种改进的消化器和消化设备。理想地，这种改进有助于使得消化器或消化设备比现有的消化器和消化设备更加容易和/或更加安全地制造、安装、维护和/或检修。
根据本发明的第一方面，提供一种用于消化设备的消化器，该消化器包括：
消化罐，该消化罐限定有消化罐腔室并且具有模块开口；
消化模块，该消化模块位于所述模块开口中并且延伸至所述消化罐腔室中，其中，所述消化模块与所述消化罐可拆卸地连接，并且所述消化模块包括用于加热所述消化罐中的物料的加热器和具有入口和出口的至少一个管件，所述入口和出口中的一者位于所述消化罐腔室的内部，并且所述入口和出口中的另一者位于所述消化罐腔室的外部。
所述至少一个管件选自包括以下部件的组：
供应管，该供应管用于向所述消化罐供应物料，所述供应管的入口位于所述消化罐腔室的外部，并且所述供应管的出口位于所述消化罐腔室的内部；
引出管，该引出管用于从所述消化罐引出物料，所述引出管的入口位于所述消化罐腔室的内部，并且所述引出管的出口位于所述消化罐腔室的外部；以及
气体引出管，该气体引出管用于从所述消化罐引出气体，所述气体引出管的入口位于所述消化罐腔室的内部，并且所述气体引出管的出口位于所述消化罐腔室的外部。
于是，本发明可以提供一种用于消化设备的消化器，该消化器包括：
消化罐，该消化罐限定有消化罐腔室且具有模块开口；
消化模块，该消化模块位于所述模块开口中并且延伸至所述消化罐腔室中，其中，所述消化模块与所述消化罐可拆卸地连接，并且所述消化模块包括用于加热所述消化罐中的物料的加热器以及以下部件中的至少一者：
供应管，该供应管用于向所述消化罐供应物料，所述供应管具有位于所述消化罐腔室内部的入口和位于所述消化罐腔室外部的出口；
引出管，该引出管用于从所述消化罐引出物料，所述引出管具有位于所述消化罐腔室内部的入口和位于所述消化罐腔室外部的出口；以及
气体引出管，该气体引出管用于从所述消化罐引出气体，所述气体引出管具有位于所述消化罐腔室内部的入口和位于所述消化罐腔室外部的出口。
以此方式，消化器的主要部件（例如加热器以及供应管、引出管和气体引出管中的一者或多者）安全且牢固地位于消化罐中的合适的位置。由此提供了一种相对直接的方法，该方法确保合适地设置这些主要部件以确保消化器正确地运转，同时也简化了这些部件的安装、维护和检修。这也使消化器的制造者能够在消化器使用之前将消化模块牢固地锁定在消化罐中的开口内，从而防止消化器的操作者或其他任何人未经许可而进入消化罐，否则可能导致主要部件损坏或者可能对进入消化罐的人造成伤害。
尤其优选地，所述消化器为厌氧消化器，或者所述消化器构造为作为厌氧消化器运转。即，优选地，在所述消化器腔室不包含空气或基本不包含空气时，所述消化器运转。优选地，所述消化罐是能够密封，以防止在使用过程中外部空气进入所述消化罐。以此方式，可以在使用过程中保持消化罐腔室的厌氧条件以确保可生物降解的原料有效地转化为沼气和沼液沼渣。
优选地，所述消化模块包括至少两个管件，该至少两个管件中的每一个管件具有位于所述消化罐的内部或外部的入口和位于所述消化罐的内部或外部的出口。优选地，所述消化模块包括所述供应管、所述引出管和所述气体引出管中的至少两者。在优选的实施方式中，所述消化模块包括所述供应管、所述引出管和所述气体引出管。
所述消化罐可以具有任意合适的尺寸、形状和体积，以容纳合用的数量和类型的可生物降解的原料以及沼气和/或沼液沼渣的预期的产出量。虽然所述消化罐可以包括单个的消化模块开口以容纳单个的消化模块，但是所述消化罐也可以包括两个或更多的模块开口，每个模块开口具有位于该模块开口中的专用的消化模块。可选择地，所述消化模块可以包括单个的模块开口，该单个的模块开口构造为容纳两个或更多的消化模块。另外可选择地，所述消化罐可以包括两个或更多的模块开口，该两个或更多的模块开口中的每一个模块开口独立地设置以容纳一个或多个消化模块。
所述供应管的出口可以朝向所述消化罐腔室的顶部。所述供应管可以包括位于所述消化罐腔室内部的至少两个出口。所述引出管可以朝向所述消化罐腔室的底部延伸，并且所述引出管的入口可以朝向所述消化罐腔室的底部。所述气体引出管的入口可以朝向所述消化罐腔室的顶部。优选地，所述加热器包括管段（a length of tube），该管段具有进水口和位于所述消化罐腔室外的出水口。优选地，所述管段为卷绕式管件。
所述消化罐可以包括第一法兰，并且所述消化模块可以包括第二法兰，该第二法兰与第一法兰可拆卸地连接。优选地，在将消化器留给消化器操作者使用之前，消化器的制造者在工地外或在工地上将两个法兰固定在一起。可以使用多种形式的防拆封的密封以使制造者或服务工程师将来能够知道操作者或其他人是否未经允许通过拆卸两个法兰进入或尝试进入消化罐腔室。优选地，所述供应管的入口和/或所述引出管的出口和/或所述气体引出管的出口连接于所述第一法兰。优选地，所述消化模块包括用于保护所述供应管和/或所述引出管和/或所述气体引出管的壳体。可以使用任意合适的壳体，但是优选地，所述壳体包括网孔。优选地，所述壳体包括或围绕所述加热器的所述卷绕式管件。
优选地，所述供应管与物料配量罐可操作地连接，该物料配量罐可以包括可控阀，以能够根据需要控制和调节从所述物料配量罐转移到所述消化罐的可生物降解的原料的量和流速。优选地，所述供应管与水解罐可操作地连接，该水解罐构造为在将所述可生物降解原料供给到所述消化罐之前将所述可生物降解原料与水混合。理想地，所述水解罐通过过滤器或分离器可操作地连接于所述供应管，所述过滤器或分离器设置为在固体物或其它任何不需要的物质转移到所述消化罐之前将该固体物或其它任何不需要的物质从原料中分离。尤其优选地，所述物料配量罐设置在所述水解罐（及其过滤器（如果有的话））和所述消化罐之间。即，优选地，所述原料首先水解，然后过滤，而后转移到所述物料配量罐，所述原料从所述物料配量罐供应到所述消化罐。
优选地，所述气体引出管与气体储存器可操作地连接。所述气体储存器可以具有一个或多个出口，该一个或多个出口可操作地连接于单一类型的应用终端（例如单一的热电联产（CHP）发电机组），或两种或多种类型的应用终端（例如热电联产（CHP）发电机组和长期气体储存器）。
本发明的第二方面提供一种模块，该模块用于与根据本发明的以上限定的第一方面和优选实施方式的消化器一起使用。
本发明的第三方面提供一种消化设备，该消化设备包括至少一个根据本发明的第一方面和优选实施方式限定的上述的消化器。
优选地，根据本发明的第三方面的消化设备包括多个消化器，该多个消化器中的一个、一个以上或者所有的消化器为根据本发明的第一方面的消化器。
所述多个消化器中的两个或多个消化器可以与控制器连接，或者所述多个消化器中的两个或多个消化器设置为同时地、相继地或者具有时间间隔地运转，所述时间间隔为在一个消化器中开始消化和随后在另一个消化器中开始消化之间的时间间隔。同时或具有延迟的启动时间（即时间间隔）地使用两个或多个消化器能够产生更多持续供应的沼气。可以操作消化器以得到最大的沼气产量，但是更合适地，将目标设定为产生保持在最大值以下的基本恒定的水平的沼气供应量，而不是冒沼气流量波动的风险（如果使操作参数达到其极限以产生尽可能多的沼气，则可能出现沼气流量的波动）。应该理解，可以通过使用更多的连续地或间隔地运转的消化器来减小沼气产量的波动。虽然可以使用任意合适的数量的消化器，但是目前设想，对于小到中等规模的应用而言，2至10个消化器可能是合适的。
虽然消化器腔室可以具有任意期望的容积，并且可以使用任何合用的和持续的可生物降解的原料的流量在任意合适的温度下运行，但是可以想见，本发明尤其适合用于小至中等规模的应用，在该应用中，所产生的沼气的量和流速足以向50kWh至200kWh的发电机组提供动力。
通过第一种方式，消化罐可以具有对于100吨的可生物降解的原料而言最佳的工作容积并且可以包括两个模块开口，每个模块开口容纳包括加热器、供应管、引出管和气体引出管的单个的消化模块。基于原料在消化罐中的大约20天的保留时间，该消化罐可以控制为以大约5m3/小时至7m3/小时的基本恒定流量产生沼气。可以同时使用四个这种消化罐，从而每年能够消化高达8000吨的原料，并且能够以大约20m3/小时至28m3/小时的基本恒定流量产生沼气，本领域的技术人员将理解的是，这足以向50kWh的发电机组提供动力。
计算表明，使用六个这种以相同工况运行的消化罐每年应该能够处理大约12000吨的原料从而能够向75kWh的发电机组提供动力。同时，进一步计算得出，使用八个消化罐消化16000吨的原料能够向100kWh的发电机组提供动力。
优选地，所述消化设备包括原料水解罐，该原料水解罐与所述消化器或每个消化器可操作地连接。所述原料水解罐构造为在原料送至消化器之前将可生物降解的原料与水混合。优选地，所述原料水解罐构造为能够水解原料且基本不产生气体产品。优选地，在所述原料水解罐与所述消化器之间设置有过滤器或分离器，以确保在固体物或任何其它不需要的物质转移到消化器之前将该固体物或任何其它不需要的物质从水解的原料中分离。
优选地，所述消化设备包括原料配量罐以暂时储存原料然后将该原料可控制地供应给所述消化器。
尤其优选地，所述消化设备既包括原料配量罐又包括具有过滤器的原料水解罐，并且所述原料配量罐位于所述原料水解罐和所述消化罐之间。以此方式，原料首先水解，然后过滤，而后转移至所述原料配量罐，可以按照需要将原料从所述原料配量罐供应到所述消化罐中以保持消化以便产生恒定供应的沼气。
优选地，所述消化设备包括至少一个沼气储存装置，该沼气储存装置与所述消化器可操作地连接以容纳并储存消化过程中产生的沼气。所述消化设备可以包括一个或多个沼气短期储存容器，沼气仅在其转移到别处（例如发电机组）前暂时的储存在该沼气短期储存容器中。可选择地或另外地，所述消化设备可以包括一个或多个沼气长期储存容器，沼气可以在该沼气长期储存容器中储存几周、几个月或更长的时间以备后用。
优选地，所述消化设备包括至少一个发电机，该至少一个发电机与所述消化器可操作地连接，以利用从所述消化器中产生的沼气来发电。可以使用任意合适类型的发电机，例如热电联产（CHP）发电机。所述发电机可以为至少25kWh的发电机组，更优选地，可以为至少50kWh的发电机组。所述发电机可以为至少75kWh的发电机组并且可以为至少100kWh的发电机组或更大功率的发电机组。优选地，所述发电机为25kWh至150kWh的发电机组，更优选地，所述发电机可以为50kWh至100KWh的发电机组。
本发明的第四方面提供一种用于消化可生物降解的物料的方法，该方法使用包括一个或多个消化器的消化设备，所述消化器中至少有一个消化器包括：
消化罐，该消化罐限定消化罐腔室且具有模块开口；
消化模块，该消化模块位于所述模块开口中并且延伸至所述消化罐腔室中，其中，所述消化模块与所述消化罐可拆卸地连接，并且所述消化模块包括用于加热所述消化罐中的可生物降解的物料的加热器和至少一个具有入口和出口的管件，所述入口和所述出口中的至少一者位于所述消化罐腔室内部，并且所述入口和所述出口中的另一者位于所述消化罐腔室外部；
其中，所述方法包括：
向所述消化罐腔室中提供可生物降解的物料；
使所述消化罐腔室中的所述可生物降解的物料与能够消化所述可生物降解的物料的细菌相接触，以产生沼气；
运行所述加热器以加热所述可生物降解的物料；以及
移除由所述细菌消化所述可生物降解的物料而产生的沼气。
所述消化设备优选地包括多个消化器，并且所述方法优选地包括在所设置的所述多个消化器中的两个或更多的消化器内同时地、相继地或具有时间间隔地实施所述方法，所述时间间隔为在各个消化罐中使可生物降解的物料与细菌相接触的时间之间的时间间隔。
当多个消化器同时运行时，每个消化罐中的可生物降解的物料同时地或基本同时地与细菌相接触。
当多个消化器同时运行时，第一消化罐中的可生物降解的物料在第一时间与细菌相接触，然后第二消化罐中的可生物降解的物料在第二时间与细菌相接触，所述第二时间为在大部分或基本全部的沼气已经从第一消化罐中移除之后。
当具有时间间隔地运行多个消化器时，第一消化罐中的可生物降解的物料在第一时间与细菌相接触，然后第二消化罐中的可生物降解的物料在第二时间与细菌相接触，所述第二时间在所述第一时间之后但在大部分或基本全部的沼气已经从第一消化罐中移除之前。优选地，所述第二时间比所述第一时间晚但发生在第一消化罐中的可生物降解的物料与细菌相接触之时。
优选地，在厌氧（即无氧）条件下实施所述方法，以使所述方法为一种厌氧消化的过程。优选地，在使得以基本恒定的流量产生沼气的条件下实施所述方法，所述基本恒定的流量可以小于最大可能流量。优选地，在所述消化器或每个消化器中实施所述方法使得以至少大约2m3/小时的流量产生沼气，更优选地，以至少大约3m3/小时、4m3/小时或5m3/小时的流量产生沼气。对于对本发明而言尤其适合的小到中等规模的应用而言，优选地，实施所述方法从而以大约2m3/小时至10m3/小时的流量产生沼气，更优选地，以大约4m3/小时至8m3/小时的流量产生沼气，并且最优选地，以大约5m3/小时至7m3/小时的流量产生沼气。
优选地，在中温条件（mesophilic conditions）下实施所述方法。即，优选地，当所述消化罐中的可生物降解的物料加热至大约35°C至42°C时，更优选地，大约36°C至38°C时，使用嗜温性细菌（mesophilic bacteria）。虽然可以在52°C至55°C的高温条件（thermophilic conditions）下使用嗜热性细菌（thermophilic bacteria）实施所述方法，但由于嗜热性细菌对运行条件的波动更敏感，所以它们没有嗜温性细菌稳健，因此使得消化过程不够可靠并且在延长的时间周期内产生不足以恒定供应的沼气。
优选地，使所述可生物降解的物料与所述消化罐腔室中的细菌相接触的时间持续到大约50天，更优选地，持续到大约25天，并且还更优选地，持续到大约20天。优选地，使所述可生物降解的物料与所述细菌相接触的时间持续至少大约8天至10天，更优选地，至少持续大约12天至18天。尤其优选地，使所述可生物降解的物料与所述细菌相接触的时间持续大约10天至20天，更优选地，持续大约12天至18天。应该理解的是，接触时间（可以理解为可生物降解的物料在消化罐腔室中的“保留时间”）越短，在有限的时间内（例如每个月或每年）所述方法可以实施的次数越多。
一种缩短接触时间或保留时间的方法为实施可生物降解的物料的预消化水解。即，优选地，所述方法包括在所述可生物降解的物料提供到所述消化器中之前，水解所述可生物降解的物料。应当在合适的条件下用足够长的时间进行水解以将所述可生物降解的物料水解至可生物降解的物料所需要的与细菌相接触的时间缩短的程度，优选地，可生物降解的物料所需要的与细菌相接触的时间明显地缩短至少5%至10%，优选地，缩短的时间更长，例如比如果不进行预消化水解所需的接触时间缩短15%至20%或更多。可以在大约30°C至80°C下进行预消化水解，更优选地，在大约40°C至70°C下进行预消化水解，并且最优选地，在大约60°C下进行预消化水解。进行水解的时间可以持续到大约7天，更优选地，进行大约1天至6天，并且最优选地，进行大约3天。
优选地，所述方法还包括在将水解的可生物降解的物料提供到所述消化罐腔室中之前，过滤所述水解的可生物降解的物料。优选地，实施过滤以将固体物和任何其它不需要转移到消化罐腔室中的物质移除。
优选地，所述方法包括首先将所述可生物降解的物料提供到物料配量罐中，所述可生物降解的物料从该物料配量罐可控制地提供到所述消化罐腔室中。
在尤其优选的实施方式中，水解所述可生物降解的物料，然后在将水解的可生物降解的物料提供到所述消化罐腔室中之前，通过过滤器将所述水解的可生物降解的物料供应到所述物料配量罐中。
优选地，所述方法还包括将从所述消化罐腔室移除的沼气供应到沼气储存装置。
优选地，将分离的沼气供应到具有合适的尺寸和额定功率的发电机。
优选地，运行所述发电机以产生热量。所产生的热量的一部分返回到所述消化罐腔室中以进一步加热所述消化罐腔室中的可生物降解的物料。返回的热量的部分至少为由所述发电机产生的热量的10%至20%，更优选地，返回的热量的部分为由所述发电机产生的热量的20%至80%，还更优选地，返回的热量的部分大约为由所述发电机产生的热量的40%至60%，并且最优选地，返回的热量的部分为由所述发电机产生的热量的大约50%。
本发明可以包括在此提及的、除互斥的特征的组合之外的特征和/或限定的任意组合。尤其地，所述消化模块可以包括供应管、引出管、加热管和气体引出管在内的全部四个管件。
现在将参考附图仅以实施例的方式描述本发明的实施方式，其中
图1示意性地显示消化设备；
图2显示图1的消化设备的框形图；
图3示意地显示图1的斜槽；
图4示意地显示图1的泵组件；
图5示意地显示图1的消化器；
图6示意地显示图5的A-A视图；
图7示意地显示图6的消化模块的俯视图；
图8示意地显示图7的B-B视图；以及
图9示意地显示图7和图8的消化模块的顶部的放大图。
图1和图2显示厌氧消化设备1。厌氧消化设备1包括六个消化器10、泵组件12以及用于浆料等的斜槽14。斜槽14与泵组件12连接，泵组件12将浆料送入到斜槽14中并且将浆料供给消化器10。泵组件12还能够使已经在消化器10中的浆料重新循环。消化器10还设置有与过滤器16连接的出口。藉此，在必要情况下允许废水从罐中排出。设备1还可以包括预消化水解罐（未示出），该预消化水解罐在浆料被供给到消化器10之前容纳浆料。运行所述预消化水解罐以使未处理的浆料与水结合（可选择地采取加热），以在浆料被送到消化器10之前引起浆料的部分的或基本完全的水解。通过这种方式，可以缩短浆料需要在消化器10中驻留的时间周期，从而增加在限定的时间周期内所能处理的浆料的量。
每个消化器10包括形成为加热盘管（图1和图2中未示出）的加热器。热水从热水罐18供应到加热盘管。热水罐18中的热水通过太阳能放热电池板（thermal solar panel）20、传统的锅炉22、这两者的结合或通过其它合适的方式加热。加热盘管加热消化器10中的浆料以引起浆料的厌氧发酵（也称为厌氧消化），从而产生甲烷（CH4）。
将所述甲烷气体从消化器10中引出并将其供给气体储存罐24。储存在甲烷储存罐24中的甲烷气体能够用于向锅炉22提供动力。如果需要，可以设置丙烷气瓶26以在启动过程中向锅炉22提供动力。
由厌氧消化设备1产生的甲烷可以用于多种目的。例如，所述甲烷可以用于向发电机提供动力或用于向锅炉提供动力以向建筑物供应热水。处理过的浆料（被称为沼液沼渣）可以用作肥料。
图3显示浆料斜槽14，该浆料斜槽14包括四个侧壁28和倾斜的基部32，所述四个侧壁28限定斜槽开口30。斜槽管34与斜槽连接并且斜槽管34的第一端通向所述斜槽的最低点。斜槽管34的第二端与泵组件12连接。
图4显示泵组件12，该泵组件12包括第一切碎泵36和第二切碎泵38，该第一切碎泵36和第二切碎泵38位于泵组件壳体40中。泵入口管42设置为与斜槽管34的出口（或第二端）连接。Y形件44与泵入口管42连接并且允许将浆料引入第一切碎泵36和第二切碎泵38中。第一切碎泵36和第二切碎泵38分别设置有第一泵出口46和第二泵出口48。第一泵出口46和第二泵出口48与第一罐供应管线50和第二罐供应管线52连接，第一罐供应管线50和第二罐供应管线52的每一个设置为向三个单个的消化器10供应浆料。第一泵36和第二泵38还分别设置有第一泵入口54和第二泵入口56。第一泵入口54和第二泵入口56与第一罐引出管线58和第二罐引出管线60连接，第一罐引出管线58和第二罐引出管线60的每一个设置为从三个单个的消化器10引出浆料。
图5和图6显示消化器10。消化器10包括消化罐11和可移动的消化模块72。消化罐11由玻璃纤维制成并且限定具有约30000升的容积的消化腔室62。对于本领域的技术人员而言十分明显的是，消化腔室62可以具有任意其它合适的容积。废水出口管64与消化腔室62流体连通，并且在位于消化腔室62的内侧的第一端设置有过滤器66。废水出口管64的第二端与过滤装置16连接。废水出口管64设置为将废水从消化罐11中排出。消化罐11具有圆筒形壁68，该圆筒形壁68从消化罐11的上表面延伸并且限定出通向消化腔室62的模块的开口69。环形法兰70与圆筒形壁68的上边缘连接。消化模块72位于所述开口中且延伸至消化罐11的底部。消化模块72包括法兰盘74，该法兰盘74具有多个环形布置的孔，且法兰盘74通过这些孔螺栓连接到消化罐11的法兰70，以将消化模块72固定到消化罐11。现在参考图7、图8和图9，消化模块72包括大致圆形的法兰盘74，该法兰盘74具有多个周向布置的细长的机架件（chassis member）76，并且该机架件76沿所述消化模块的大致轴线方向延伸。第一圆筒形网部78包裹细长的机架件76的上部。第一网部78与法兰盘74邻接且延伸覆盖基件76的长度的一部分。第二圆筒形网部80包裹细长的机架件76的下部。第二网部80延伸覆盖基件76的长度的一部分并且与第一网部78间隔开。在本实施方式中，第二网部80比第一网部78更致密。第一网部78和第二网部80通过设置在该第一网部78和第二网部80上的环形金属带82固定至细长的机架件76。
消化模块72在第一网部78和第二网部80之间的区域中设置有加热盘管84。加热盘管84形成为缠绕细长的机架件76的金属管。加热盘管84具有位于法兰盘74上的液体入口86和液体出口88。液体入口86和液体出口88设置为与供水管线90和回水管线92连接，供水管线90和回水管线92与热水罐18流体连通。在使用过程中，连续的热水流通过供水管线90从热水罐18供应至加热盘管84，并从加热盘管84中被连续地引出且通过回水管线92回到热水罐18。
消化模块72还包括模块供应管94和模块引出管96。模块供应管94与法兰盘74连接且贯穿法兰盘74延伸，并且模块供应管94包括入口98和具有第一出口102和第二出口104的Y形件100。所述Y形件的端部固定于上环形带82，该上环形带82具有两个开口106，该两个开口106与第一出口102和第二出口104对齐。模块引出管96与法兰盘74连接且贯穿法兰盘74延伸，并且模块引出管96包括入口108和出口110。模块引出管96沿消化模块72的大部分长度延伸并且位于第一网部78和第二网部80以及加热盘管84的内侧。入口108设置为在第二网部80的附近朝向消化模块72的底部。模块供应管94的入口98和模块引出管96的出口110设置为分别连接罐供应管线50和52以及罐引出管线58和60。在使用过程中，通过使用罐引出管线58和60将浆料从相应的消化器10中引出和使用罐供应管线50和52将浆料供应回消化器10中，泵组件能够连续地再循环浆料。
第一网部78和第二网部80以及加热盘管84用作壳体77用以保护供应管94、引出管96和气体引出管118。壳体77有助于在消化模块72的运输、消化模块72的安装以及消化模块72的使用过程中保护上述元件免遭损坏。
具体地，参考图9，法兰盘74设置有覆盖板112，该覆盖板112密封法兰盘74中的入口（access opening）。覆盖板112与法兰盘74螺栓连接并且密封垫片114设置在覆盖板112和法兰盘74之间。覆盖板112具有四个进入孔116，并且气体引出管118贯穿第一孔延伸，测量尺（dip stick）120贯穿第二孔延伸。在该具体实施方式中，第三孔和第四孔用塞子（未示出）密封，但是如果需要通过相应的孔插入设备，可以将塞子去除。气体引出管118具有入口（未示出）和位于消化罐11的外侧的出口122，当安装消化模块时，该入口位于消化罐11的内侧并且设置在朝向模块72的顶部的位置。气体出口122设置为与主气体管线124连接，该主气体管线124与气体储存罐26流体连通。
在使用过程中，气体引出管118从消化罐11的顶部连续地引出甲烷气体并将其供应给气体储存罐26。测量尺120延伸至消化模块72的底部且用于从罐11的内部取样。法兰盘74还设置有两个环126，该两个环126用于使用例如起重机或牵引机的机械设备起升消化模块72。
典型地，消化罐11为玻璃纤维罐，该玻璃纤维罐可以完全独立于消化模块72进行制造。这使消化罐11更容易制造并且降低了总成本。消化模块72的部件（例如法兰盘74、机架件76、网部78和80、环形带82、加热盘管84、模块供应管94、模块引出管96和气体引出管118）由316不锈钢制成。
由于消化器10所处的环境尤其恶劣并且包括许多腐蚀性的化学物质，所以这种特定的材料所具有的耐磨性和耐腐蚀性很重要。
图1中显示的消化设备1可以以如下方式安装。挖开一个凹坑，将六个消化罐11置于凹坑中，使每个消化罐11的法兰70大致位于水平面上。将泵组件12也置于凹坑中。对于包括预消化水解罐（未示出）的实施方式而言，预消化水解罐也可以设置在凹坑中或设置在单独的位置。每个消化罐11的端部钻有孔并且废水管64和过滤器66安装在每个消化罐中。然后每个消化罐11的废水管64连接在一起且与过滤器16连接。将消化模块72置于每个消化罐11中且消化模块72的法兰盘74与消化罐11的法兰螺栓连接。然后使用第一罐供应管线50将三个消化器10的消化模块72的供应入口98连接到第一泵36的第一泵出口46。然后，同样地，使用第二罐供应管线52将其它三个消化器10的消化模块72的供应入口98连接到第二泵38的第二泵出口48。然后使用第一罐引出管线58将三个消化器10的消化模块72的引出口110连接到第一泵36的第一泵入口54。然后，同样地，使用第二罐引出管60将其它三个消化器10的消化模块72的引出口110连接到第二泵38的第二泵入口56。使用供水管线90和回水管线92将每个消化模块72的进水口86和出水口88连接到热水罐18。通过主气体管线124将每个消化模块的气体出口122连接到气体储存罐26。然后使用斜槽管34将斜槽14连接到泵组件12的主泵入口42。然后可以回填为所述消化罐而挖的凹坑并且使消化模块72的法兰74暴露。然后将锅炉22连接到热水罐18、气体储存罐26以及气瓶24并且可以将太阳能放热电池板连接到热水罐18。由于消化模块72包含了所有的基本部件（否则将需要将这些基本部件分别安装到每个消化罐中），所以上述安装方法缩短了现场安装所花费的时间。可以简化消化模块72且将其快速地安装到每个消化罐11中。与必须在现场将浆料供应管和浆料引出管、加热盘管以及气体引出管安装到罐中的安装方式相比，上述安装方式降低了安装的总成本。由于能够从外面将消化模块72安装到消化罐中，所以对于安装者而言，不再需要在消化罐腔室62的有限空间内作业。
在使用过程中，浆料或其它任何能够进行厌氧消化的混合物可以直接地供应给斜槽14，也可以通过预消化水解罐（未示出）供应给斜槽14。泵组件12的第一切碎泵36和第二切碎泵38通过斜槽管34引入浆料并且切碎所有固体的物料。第一泵36和第二泵38通过第一罐供应管线50和第二罐供应管线52将浆料供应给六个消化器10，并且通过消化模块72的模块供应管94将浆料引入到每个消化罐11中。供应管94的出口102和104将浆料喷射到消化罐腔室62中，使得浆料充填约90%的消化罐腔室的体积。第一泵36和第二泵38还用于通过模块引出管96以及第一罐引出管线58和第二罐引出管线60引出已经在罐中的浆料。在浆料已经途经消化模块72的第二网部80之后，可以通过引出管入口108将浆料引出。网部80防止任何大块的物体堵塞引出管入口108。从消化罐引出的浆料通过第一泵36和第二泵38再循环并且通过模块供应管94再供应到消化器10中。由此使得浆料从消化器10中连续地供应和引出的同时罐腔室62的填充率保持在约90%。
当浆料在消化器10中连续地再循环时，热水通过进水口86连续地供应到每个消化模块72的加热盘管84，并且冷却的水通过出水口88从消化模块72的加热盘管84中连续地引出。供应的水的温度约为35°C。水供应和返回到热水罐18中。可以通过多种方法加热水，包括通过太阳能放热电池板20和/或锅炉22加热水。在最初的启动过程中，锅炉22可能必须由丙烷气瓶24提供动力。但是，在消化器10工作一段时间后，锅炉可以由储存在气体储存罐26中的沼气提供动力。
每个消化模块72的加热盘管84加热消化罐腔室62中的浆料。浆料的加热导致厌氧发酵（或消化），从而产生甲烷（沼气）。使用消化模块72的气体引出管118将所产生的甲烷从消化器10中连续地引出。然后将沼气供应给气体储存罐26。如上所述，沼气可以用于向发电机提供动力和/或向锅炉提供动力以产生热水。产生的电可以就地供应给建筑物和/或再供应给国家电网以产生收益。发电机产生的一些热可以用于为热水罐18加热水。
消化设备1可以运行合适的时间，例如最多运行大约50天，并且优选地运行至少大约8至10天。虽然消化设备可以运行25至50天，但是尤其优选地，运行大约10至20天。泵组件12的第一泵36和第二泵38可以用于从消化器10中排出浆料。已经被消化设备1厌氧消化的浆料被称为沼液沼渣并且可以用作肥料。沼液沼渣可以排放到化粪池或可以排放到卡车上。消化设备运行的时间越长，肥料的质量越好。
如果一个或多个消化器10发生故障，那么消化模块72可以容易地从消化罐11上移除，而不用挖出消化罐。可以就地检查消化模块72（无需进入到消化罐11的里面），也可以将消化模块72带离现场并放到工作间中进行检查。如果消化模块72损坏，可以对其进行更换或维修。
在本实施方式中，一旦消化模块72已经从消化罐11上移除，就没有可以作为故障源的东西留在消化罐11中。这是因为位于各个泵组件12中的泵和任何能够发生故障的部件都是消化模块72的一部分。由此可以更容易、更廉价且更快捷地识别任何技术故障。
虽然上述说明已经说明了加热盘管84、模块供应管94、模块引出管96和气体引出管118是消化模块72的单个可移动的部件，但是在其它实施方式中，每一个上述部件可以为两个或更多模块的部件。此外，可以想见，仅上述部件中的一些部件为可移动模块的部分，并且余下的部件可以直接安装在消化罐11上或安装到消化罐11。

Claims (51)

1.一种用于消化设备的消化器，该消化器包括：
消化罐，该消化罐限定有消化罐腔室并且具有模块开口；
消化模块，该消化模块位于所述模块开口中并且延伸至所述消化罐腔室中，其中，所述消化模块与所述消化罐可拆卸地连接，并且所述消化模块包括用于加热所述消化罐中的物料的加热器和具有入口和出口的至少一个管件，所述入口和出口中的一者位于所述消化罐腔室的内部，并且所述入口和出口中的另一者位于所述消化罐腔室的外部。
2.根据权利要求1所述的消化器，其中，所述至少一个管件选自包括以下部件的组：
供应管，该供应管用于向所述消化罐供应物料，所述供应管的入口位于所述消化罐腔室的外部，并且所述供应管的出口位于所述消化罐腔室的内部；
引出管，该引出管用于从所述消化罐引出物料，所述引出管的入口位于所述消化罐腔室的内部，并且所述引出管的出口位于所述消化罐腔室的外部；以及
气体引出管，该气体引出管用于从所述消化罐引出气体，所述气体引出管的入口位于所述消化罐腔室的内部，并且所述气体引出管的出口位于所述消化罐腔室的外部。
3.根据权利要求1或2所述的消化器，其中，所述消化器作为厌氧消化器运转，或者所述消化器构造为作为厌氧消化器运转。
4.根据上述权利要求中任意一项所述的消化器，其中，所述消化罐能够密封，以防止在使用过程中外部空气进入所述消化罐。
5.根据上述权利要求中任意一项所述的消化器，其中，所述消化模块包括所述供应管、所述引出管和所述气体引出管中的至少两者。
6.根据上述权利要求中任意一项所述的消化器，其中，所述消化模块包括所述供应管、所述引出管和所述气体引出管。
7.根据上述权利要求中任意一项所述的消化器，其中，所述消化罐包括两个或更多个所述模块开口，每个所述模块开口具有位于该模块开口中的专用的消化模块。
8.根据上述权利要求中任意一项所述的消化器，其中，所述供应管的出口朝向所述消化罐腔室的顶部。
9.根据上述权利要求中任意一项所述的消化器，其中，所述供应管包括位于所述消化罐腔室内部的两个出口。
10.根据上述权利要求中任意一项所述的消化器，其中，所述引出管朝向所述消化罐腔室的底部延伸，并且所述引出管的入口朝向所述消化罐腔室的底部。
11.根据上述权利要求中任意一项所述的消化器，其中，所述气体引出管的入口朝向所述消化罐腔室的顶部。
12.根据上述权利要求中任意一项所述的消化器，其中，所述加热器包括管段，该管段具有进水口和位于所述消化罐腔室外部的出水口。
13.根据权利要求12所述的消化器，其中，所述管段为卷绕式管件。
14.根据上述权利要求中任意一项所述的消化器，其中，所述消化罐包括第一法兰，并且所述消化模块包括第二法兰，其中，所述第二法兰与所述第一法兰可拆卸地连接。
15.根据权利要求14所述的消化器，其中，所述供应管的入口和/或所述引出管的出口和/或所述气体引出管的出口与所述法兰连接。
16.根据上述权利要求中任意一项所述的消化器，其中，所述消化模块包括用于保护所述供应管和/或所述引出管和/或所述气体引出管的壳体。
17.根据权利要求16所述的消化器，其中，所述壳体包括网孔。
18.根据上述权利要求中任意一项所述的消化器，其中，所述供应管与物料配量罐可操作地连接。
19.根据上述权利要求中任意一项所述的消化器，其中，所述供应管与物料水解罐可操作地连接。
20.根据上述权利要求中任意一项所述的消化器，其中，所述气体引出管与气体储存器可操作地连接。
21.一种与根据上述权利要求中任意一项所述的消化器一起使用的模块。
22.一种消化设备，该消化设备包括至少一个根据权利要求1至20中的任意一项所述的消化器。
23.根据权利要求22所述的消化设备，其中，该消化设备包括多个消化器，该多个消化器中的一个、一个以上或者所有的消化器为根据权利要求1至20中任意一项所述的消化器。
24.根据权利要求23所述的消化设备，其中，所述多个消化器中的两个或多个消化器与控制器连接，或者所述多个消化器中的两个或多个消化器设置为同时地、相继地或者具有时间间隔地运转，所述时间间隔为在一个消化器中开始消化和随后在另一个消化器中开始消化之间的时间间隔。
25.根据权利要求22至24中任意一项所述的消化设备，其中，所述消化设备包括2至10个消化器。
26.根据权利要求22至25中任意一项所述的消化设备，其中，所述消化设备包括原料水解罐，该原料水解罐与所述消化器或与每个消化器可操作地连接。
27.根据权利要求26所述的消化设备，其中，在所述原料水解罐与所述消化器之间设置有过滤器或分离器，以在固体物或任何其它不需要的物质转移到所述消化器之前将该固体物或任何其它不需要的物质从水解的原料中分离。
28.根据权利要求22至27中任意一项所述的消化设备，其中，所述消化设备包括原料配量罐以暂时储存原料然后将该原料可控制地供应给所述消化器。
29.根据权利要求22至28中任意一项所述的消化设备，其中，所述消化设备包括至少一个沼气储存装置，该沼气储存装置与所述消化器可操作地连接以容纳并储存沼气。
30.根据权利要求22至29中任意一项所述的消化设备，其中，所述消化设备包括至少一个发电机，该至少一个发电机与所述消化器可操作地连接。
31.根据权利要求30所述的消化设备，其中，所述发电机为至少25kWh或更大功率的发电机组。
32.根据权利要求30所述的消化设备，其中，所述发电机为25kWh至150kWh的发电机组。
33.一种用于消化可生物降解的物料的方法，该方法使用包括一个或多个消化器的消化设备，所述消化器中的至少一个消化器包括：
消化罐，该消化罐限定有消化罐腔室并且具有模块开口；
消化模块，该消化模块位于所述模块开口中并且延伸至所述消化罐腔室中，其中，所述消化模块与所述消化罐可拆卸地连接，并且所述消化模块包括用于加热所述消化罐中的可生物降解的物料的加热器和具有入口和出口的至少一个管件，所述入口和所述出口中的至少一者位于所述消化罐腔室的内部，并且所述入口和所述出口中的另一者位于所述消化罐腔室的外部；
其中，所述方法包括：
向所述消化罐腔室中提供可生物降解的物料；
使所述消化罐腔室中的所述可生物降解的物料与能够消化所述可生物降解的物料的细菌相接触，以产生沼气；
运行所述加热器以加热所述可生物降解的物料；以及
移除由所述细菌消化所述可生物降解的物料而产生的沼气。
34.根据权利要求33所述的方法，其中，所述消化设备包括多个消化器，并且所述方法包括在所设置的所述多个消化器中的两个或更多的消化器内同时地、相继地或具有时间间隔地实施所述方法，所述时间间隔为在各个消化罐中使可生物降解的物料与细菌相接触的时间之间的时间间隔。
35.根据权利要求34所述的方法，其中，在厌氧条件下实施所述方法，以使所述方法为一种厌氧消化的过程。
36.根据权利要求33至35中任意一项所述的方法，其中，在使得以基本恒定的流量产生沼气的条件下实施所述方法。
37.根据权利要求33至36中任意一项所述的方法，其中，在所述消化器或每个消化器中实施所述方法使得以至少大约2m3/小时的流量产生沼气。
38.根据权利要求33至36中任意一项所述的方法，其中，在所述消化器或每个消化器中实施所述方法使得以大约2m3/小时至10m3/小时的流量产生沼气。
39.根据权利要求33至38中任意一项所述的方法，其中，在中温条件下实施所述方法。
40.根据权利要求33至39中任意一项所述的方法，其中，使所述可生物降解的物料与所述消化罐腔室中的细菌相接触的时间持续到大约50天。
41.根据权利要求33至40中任意一项所述的方法，其中，使所述可生物降解的物料与所述消化罐腔室中的细菌相接触的时间持续至少大约8天至10天的时间周期。
42.根据权利要求33至39中任意一项所述的方法，其中，使所述可生物降解的物料与所述消化罐腔室中的细菌相接触的时间持续大约10天至20天。
43.根据权利要求33至42中任意一项所述的方法，其中，所述方法包括在将所述可生物降解的物料提供到所述消化器中之前，水解所述可生物降解的物料。
44.根据权利要求43所述的方法，其中，在大约30°C至80°C下进行水解。
45.根据权利要求43或44所述的方法，其中，进行水解的时间持续到大约7天。
46.根据权利要求33至45中任意一项所述的方法，其中，所述方法还包括在将水解的可生物降解的物料提供到所述消化罐腔室中之前，过滤所述水解的可生物降解的物料。
47.根据权利要求33至46中任意一项所述的方法，其中，所述方法还包括将所述可生物降解的物料提供到配量罐中，所述可生物降解的物料能够从该配量罐可控制地提供到所述消化罐腔室。
48.根据权利要求33至47中任意一项所述的方法，其中，所述方法还包括将从所述消化罐腔室移除的沼气供应到沼气储存装置。
49.根据权利要求33至48中任意一项所述的方法，其中，将从所述消化罐腔室移除的沼气供应至发电机。
50.根据权利要求49所述的方法，其中，运行所述发电机以产生热量，所产生的热量的一部分返回到所述消化罐腔室以进一步加热所述消化罐腔室中的可生物降解的物料。
51.根据权利要求50所述的方法，其中，返回的热量的部分可以至少为10%至20%。
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