CN110832062A - 用于合成气生物甲烷化的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及废物处理、热解和气化领域，并且涉及一种用于合成气生物甲烷化的设备(40)，所述设备包括：接收有机材料的热解/气化单元(12)，所述热解/气化单元(12)产生合成气；位于包括至少一种细菌群体的液浴(17)内部的至少一个膜反应器(16)，所述膜反应器(16)包括与所述液浴(17)接触的至少一根中空纤维(5)，所述至少一根中空纤维周围形成生物膜，并且来自所述热解/气化单元(12)的所述合成气流入所述至少一根中空纤维中，从而将所述合成气转化成甲烷。

Description

用于合成气生物甲烷化的设备和方法
技术领域
本发明涉及废物处理、热解和气化领域，并且涉及一种用于合成气生物甲烷化的设备。本发明还涉及一种用于合成气生物甲烷化的方法，并且目的在于从低甲烷潜力(methane potential)的有机材料提供甲烷。
背景技术
甲烷化包括氢气、一氧化碳和二氧化碳生成甲烷和水和/或二氧化碳的反应。当前正在开发各种甲烷化工艺，包括催化转化或生物甲烷化(来自微生物的生物催化)。
化学催化工艺昂贵并且通常需要高压和高温。通过使用生物途径在正常温度和压力下将合成气化合物转化成甲烷，可以避免这些缺点。若干研究表明，微生物能够在厌氧条件下将一氧化碳(CO)转化成甲烷(CH4)。
厌氧消化产生生物气(biogas)，这是由于原料所提供的有机固体经过生物发酵。处理复杂有机底物的消化器通常实现固体量减少30％至60％。可将消化残留物(digestate)脱水以产生通常具有20％至30％固体的饼。
但是，随原料提供的某些固体可能具有较低的甲烷潜力。例如富含木质素的固体就是这种情况。这样的有机原料具有低生化甲烷潜力。此外，有机原料可能过干(>30％的悬浮固体)，使得无法在厌氧消化器中消化。在这种情况下，可以使用热解。
热解是有机材料在高温无氧条件下的热化学分解。有机材料可以是固体或液体材料。通常，有机物质的热解产生气体和液体产物，并且留下富含碳(称为生物炭(biochar))的固体残留物。高温热解称为气化，并且主要产生合成气体。
合成气体也称为合成气，是一种包括CO、H2、CO2和少量CH4的气体，它是由生物质不燃烧而通过热解或气化而发生热降解产生的。
此外，有机原料可能含有厌氧消化抑制剂或受控的化合物(regulatedcompound)，例如微污染物、PAH、PCB、芳香环(aromatic cycle)等。这些有机化合物可能降解动力学低，致使停留时间较长。因此，消化器可能体积大并且占地面积高(have animportant volume and have a high footprint)。
此外，如果将合成气注入到无限混合的消化器(也称为连续搅拌槽反应器)中，则其在液体中的质量转移可能会受到限制，需要气相的气态再循环，其进一步增加了整个工艺的复杂性。此外，在处理有机原料的消化器中，所使用的细菌群体可能并不特异于合成气的转化。
最后，在消化器的维护或停机期间，整个系统缺乏灵活性，因为不可能将合成气生物转化成甲烷。这会降低生物CH4年产量的保证，并且存在所产生合成气不具备价值的风险。
发明内容
本发明的目的是提供一种增加消化器中生物气的甲烷含量，同时提高有机原料的转化率的解决方案(甚至用产甲烷潜力低的原料)，通过偶联来自有机原料热解/气化的合成气生物甲烷化进行。
为此，本发明的主题是一种用于合成气生物甲烷化的设备，所述设备包括：热解/气化单元，所述热解/气化单元配置成接收来自有机存储物(deposit)的有机材料并且配置成产生合成气；以及膜生物反应器，所述膜生物反应器配置成置于包括至少一个适当的细菌群体的液浴内部，所述膜反应器包括至少一根中空纤维，所述至少一根中空纤维布置成使得当所述膜反应器与所述液浴接触时，所述至少一根中空纤维周围形成生物膜并且使得所述热解/气化单元处产生的所述合成气流入所述至少一根中空纤维中，从而将所述合成气转化成甲烷。
根据本发明，适当的细菌群体是同型产乙酸菌和/或产乙酸产甲烷菌或者氢营养型产甲烷菌个/或一氧化碳营养型产乙酸菌和产乙酸产甲烷菌。在本发明的一个优选实施方案中，适当的细菌群体是与产乙酸产甲烷菌和氢营养型产甲烷菌偶联的同型产乙酸菌以及与产乙酸产甲烷菌偶联的一氧化碳营养型产乙酸菌。
所述用于合成气生物甲烷化的设备进一步包括厌氧消化器，所述厌氧消化器配置成用有机材料进料，所述消化器连接到所述膜反应器的出口，以便将具有甲烷且可能没有二氧化碳的气相注入所述消化器中。这增加了所述消化器中甲烷的含量，致使所述生物气的较低的热值增加。热解低产甲烷原料，然后将所述合成气生物转化成甲烷，可以提高有机原料的转化率(与单独的厌氧消化相比)。
此外，对于隐含低转化动力学的底物，热解和生物甲烷化的组合使得停留时间与消化器中原先的停留时间相比减少，因此而减小消化器的尺寸/占地面积。
根据另一个实施方案，根据本发明的设备可以包括脱水单元，所述脱水单元配置成对来自厌氧消化器的残留物进行脱水，从而形成固体饼和液体离心液。
根据另一个实施方案，根据本发明的设备可以配置成将所述消化残留物脱水所产生的离心液注入到所述膜反应器的液浴中，以便向所述膜反应器的液浴提供营养物，从而帮助维持所述膜上生物膜的形成。
根据另一个实施方案，根据本发明的设备可以配置成将所述饼作为有机材料进料给所述热解/气化单元中以形成合成气，所述合成气被进料回所述厌氧消化器和/或膜。此构造的优点是增加了所述消化器21内部生物气所占的部分并且减小了所述饼24的体积/质量。
根据另一个实施方案，根据本发明的设备可以配置成通过将所述饼24作为有机材料进料给所述热解/气化单元或者所述热解/气化单元这两者中，或者通过将生物炭送入有机存储物中作为潜在稳定材料而在闭环中操作。
根据另一个实施方案，根据本发明的设备可以配置成将来自所述膜反应器16的液浴的出口物流中的液体部分添加到向所述厌氧消化器进料的有机材料中。这样使得可以通过消除含有过多细菌或其他颗粒的液体来清洁所述液浴并且清洁所述膜。
根据另一个实施方案，根据本发明的设备可以包括彼此偏置的多个膜反应器，因此增加了可以转化的合成气的流速。此配置还使得能够帮助膜反应器的再生而不会中断甲烷化过程。
本发明还涉及一种用于合成气的生物甲烷化的方法，所述方法包括以下步骤：将来自热解/气化单元的合成气提供给位于包括至少一个适当的细菌群体的液浴内的膜反应器，所述膜反应器包括与所述液浴接触的至少一根中空纤维，在所述至少一根中空纤维周围形成生物膜，并且所述热解单元的输出的合成气流入所述至少一根中空纤维中，从而将所述合成气转化成甲烷。
所述用于合成气生物甲烷化的方法进一步包括以下步骤：给用有机材料进料的厌氧消化器进料所述膜反应器的出口物流。这增加了所述消化器中甲烷的含量，使所述消化器中产生的生物气的较低的热值增加。
有利地，根据本发明的方法进一步包括将来自厌氧消化器的消化残留物进料到所述脱水单元中，从而获得固体部分即所谓的饼，以及液体部分即所谓的离心液的步骤。
有利地，根据本发明的方法进一步包括将来自所述脱水单元的离心液进料到所述膜反应器的液浴中的步骤。所述步骤使得能够将所述生物膜保持在所述中空纤维上，以将所述合成气转化成甲烷。
附图说明
附图示出根据本说明书的各种非限定性、示例性、创新方面：
-图1示意性地示出根据本发明的用于合成气生物甲烷化的设备的第一实施方案；
-图2示意性地示出根据本发明的用于合成气生物甲烷化的设备的膜反应器的实施方案；
-图3示意性地示出根据本发明的用于合成气生物甲烷化的设备的另一实施方案；
-图4示意性地示出根据本发明的用于合成气生物甲烷化的设备的另一实施方案；
-图5示意性地示出根据本发明的用于合成气生物甲烷化的设备的另一实施方案；
-图6示意性地示出根据本发明的用于合成气生物甲烷化的设备的另一实施方案；
-图7示意性地示出根据本发明的用于合成气生物甲烷化的设备的另一实施方案；
-图8示意性地示出根据本发明的用于合成气生物甲烷化的设备的另一实施方案；
-图9示意性地示出根据本发明的用于合成气生物甲烷化的设备的另一实施方案；
-图10示意性地示出根据本发明的用于合成气生物甲烷化的设备的另一实施方案；
-图11示意性地示出采用根据本发明的合成气生物甲烷化方法的步骤的方框图。
为清楚起见，各个图中相同的元件具有相同的附图标记。
发明详述
图1示意性地示出根据本发明的用于合成气生物甲烷化的设备10的第一实施方案。所述设备10包括接收来自有机存储物11中的有机材料的热解/气化单元12。根据本发明的设备可以包括干燥单元，所述干燥单元位于有机存储物11与热解/气化单元12之间，用于干燥有机原料，特别是在所述有机原料的干固体含量低时。所述有机存储物11的有机材料优选为固体，但是也可以为液体。它可以是富含碳的材料。热解/气化之后，单元12的输出物一方面是CO、H2、CO2和CH4的组合15，另一方面是灰分13以及生物炭14和热解油。所述生物炭14可以用作土壤增强剂。
所述设备10包括位于温控液浴17内部的膜生物反应器16。所述膜生物反应器16由圆筒(cartridge)组成，其中至少一根且优选地多根中空纤维被捆扎在一起并装在壳体内。中空纤维的数量可以根据壳体的尺寸以及通过膜生物反应器16的气流而变化。此数量可以在几百到几千之间。所述中空纤维由温度抗性材料制成，并允许CO和CO2的良好扩散。所述纤维构成微孔膜或无孔膜或者具有类似性质的膜，将气体转移(溶解)到液体中，以将合成气中的组分直接输送到使用气体中的CO和H2并将其转化成甲烷和其他可溶性产物的单元中。所述膜同时充当让发酵单元在其上生长成为生物膜，从而以浓缩层保留的载体。结果是在基本上100％溶解和利用的情况下高效且经济地转移合成气，克服了其他发酵方法和发酵罐构造的局限性。例如，所述中空纤维可以是聚偏二氟乙烯。
所述膜反应器16位于热解/气化单元12的下游，并且进料来自单元12的合成气。
理想情况下在35℃下运行，但也可以在42℃和55℃下运行。温度越高，从气相到液相中的质量传递就越受限制，并且膜的老化也越快速。同样，在高铵浓度的情况下，温度升高也是一个问题，因为气相中会存在氨(因为NH4+/NH3的pKa随着温度升高而降低)。
关于合成气压力，通常预期不在大于2.5巴的压力将合成气注入膜中。视安装而定，根据本发明的设备可以包括位于热解/气化单元12与膜反应器之间的压缩机。此外，根据本发明的设备可以包括冷凝器和/或净化罐，以冷却合成气并将水排放到热解/气化单元12与膜反应器之间的合成气中。
这样的膜反应器构成适于渗透CO、CO2、H2中的至少一者的生物支承膜，并且提供进料气15与由液浴17构成的液相之间的分离。
图2示意性地表示根据本发明的用于合成气生物甲烷化的设备的膜反应器的实施方案。左手侧的部分(A部分)表示膜反应器16的侧视图。反应器16包括用于从液浴17进料/排出流体的两个侧向入口/出口9。物流15通过入口6进入膜反应器中并且流入中空纤维5中。每根中空纤维具有标称孔径、内径和外径、有效长度以及外表面积。右手侧的部分(B部分)表示膜反应器16的截面图。进料气(即合成气)在圆筒的一端供应，并且在纤维内部输送以扩散通过所述膜，而没有气体再循环。侧向入口/出口9用液浴17进料作为液体的入口/出口，其是在预定平均水力停留时间下的限定介质溶液。液体可以逆着气流或平行于气流流动。可以通过使用对应装置来监测和控制液浴的pH以及液体压力。纤维膜用作微生物群体的载体，以及气相与液相之间的界面。
液体浴可以是水(处理过的水，或部分处理过的水)，其中含有各种细菌群体。运行时，取决于膜反应器中的入口物流，由纤维制成的膜上会形成生物膜。换言之，只有与反应器中的底物足够接触的细菌群体可以生长。细菌的培养物固定在膜上。这些细菌群体使得物流15能够基本上转化成CH4以及一部分CO2和H2O。作为适当细菌群体，可以根据以下化学基本反应列举出一氧化碳营养型产乙酸菌和产乙酸产甲烷菌：
4CO+2H2O→CH3COOH+2CO2
CH3COOH→CH4+CO2
这会引起全局反应：4CO+2H2O＝CH4+3CO2.
另一个适当细菌群体是引起以下化学基本反应的同型产乙酸菌和产乙酸产甲烷菌或氢营养型产甲烷菌：
4H2+2CO2→CH3COOH+2H2O
CH3COOH→CH4+CO2
4H2+CO2→CH4+2H2O
这会引起全局反应：4H2+CO2＝CH4+2H2O.
合并这些反应时，将导致CO+3H2＝CH4+H2O。
凭借在膜反应器16中形成的生物膜，物流15中含有的一氧化碳和二氧化碳转化成CH4。主要含有CH4的此物流可以从液浴17中提取，并且在图1中由附图标记18示意性地表示。因此，根据本发明的设备可以包括用于将气相与液相分离的相分离器(未示出)。
应注意，中空纤维5在膜反应器16内部的布置可以不同。理念是依据待处理的合成气流量来增加含有纤维的模块的数量。中空纤维的布置应使其在维护的实施和操作方面具有灵活性，而不会引起过多的压降。作为另一个示例，膜反应器可以包括中央纵向纤维，所述中央纵向纤维接收输入的合成气并且以规则的空间间隔或不以规则的空间间隔向垂直于中央纤维延伸的一系列纤维进料。这样的优点是通过精确地在垂直于中心轴的交换表面进行反应，也可以保持一定程度的合成气向甲烷的转化率，即使是限制的在反应器长度内。
因为液浴17应含有适当的细菌，所以可以向其中进料附加的细菌培养基。
因此，所属膜反应器16和热解/气化单元12的组合能够让有机材料更好地转化成甲烷。借助膜反应器，所述合成气转换成甲烷的转化率约为80-90％。
图3示意性地示出根据本发明的用于合成气生物甲烷化的设备20的另一实施方案。设备20包括与图1所示的设备10相同的元件。此外，设备20包括厌氧消化器21，所述厌氧消化器进料含有有机材料的有机存储物22，所述有机材料可以是固体、液体。如上所述，厌氧消化会由于有机物质的生物发酵而产生生物气。此生物气除其他成分之外含有CH4。在此阶段中，可以从生物气中提取甲烷(附图标记19)。所述生物气中甲烷的比率可能在55％到75％之间变化。
在本发明的另一个实施方案中，可以有多个消化器21，每个消化器21可以进料一种或多种有机存储物和/或膜反应器的输出物流。
所述设备20可以包括脱水单元23，所述脱水单元23被配置成对来自厌氧消化器21的残留物进行脱水。所述脱水形成饼24和液体离心液25。此外，热解油可以送入消化器或丢弃。由于结垢和抑制群体的风险，不建议将其送到膜上。
图4示意性地示出根据本发明的用于合成气生物甲烷化的设备30的另一实施方案。设备30包括与图3所示的设备20相同的元件。在图4的实施方案中，离心液25送入液浴17中。离心液25构成向膜反应器16的液浴17提供营养支持和细菌的培养基，从而有助于在膜上形成生物膜。
图5示意性地示出根据本发明的用于合成气生物甲烷化的设备40的另一实施方案。设备40包括与图4所示的设备30相同的元件。在图5的实施方案中，饼24作为有机材料进料到专用的热解/气化单元31以形成合成气，或者进料到单元31和消化器21这两者。此构造的优点是增加了所述消化器21内部生物气所占的部分并且使饼的体积最小化。
应注意，热解/气化单元31不是强制性的。作为替代方案，饼24也可以进料至热解/气化单元12，或者进料至单元12和消化器21这两者，而单元12适于用两种不同有机存储物流来工作。
图6示意性地示出根据本发明的用于合成气生物甲烷化的设备50的另一实施方案。设备50包括除了有机存储物11之外均与图5所示的设备40相同的元件。在图6的实施方案中，饼24是仅进料到热解/气化单元12，或者进料到热解/气化单元12和单元31这两者的有机材料。此配置可以以闭环运行。甲烷19可以从消化器21中获得。来自厌氧消化器21的离心液送至膜反应器16以便液体部分参与膜上生物膜的形成，并且送至热解/气化单元12以便固体部分产生合成气。实际上，只有一小部分离心液被送至膜反应器。其余的部分将转到进料口(headwork)或侧流处理。
图7示意性地示出根据本发明的用于合成气生物甲烷化的设备60的另一实施方案。设备60包括与以上附图中所示的设备20、30、40或50相同的元件。在图7的实施方案中，来自膜反应器16的液浴17的出口物流中的液体部分61被添加到给厌氧消化器21进料的有机材料中。这样使得可以通过消除含有过多细菌或其他颗粒或者发酵副产物(例如挥发性脂肪酸)的液体来清洁所述液浴。调整此物流的再循环速度是清洁膜的一种方法。如果增加再循环速度，生物膜可能会被部分或全部洗净。
图8示意性地示出根据本发明的用于合成气生物甲烷化的设备70的另一实施方案。设备70包括与以上附图中所示的设备20、30、40、50或60相同的元件。在图8的实施方案中，输送生物炭14直接给厌氧消化器21进料。由于来自单元12处的热解的残留物被用作厌氧消化器21的潜在稳定材料，因此此构造使得能够在闭环中操作。
图9示意性地示出根据本发明的用于合成气生物甲烷化的设备80的另一实施方案。设备80包括与以上附图中所示的设备10、20、30、40、50、60或70相同的元件。在图9的实施方案中，设备80包括两个膜反应器16和86。附加的膜反应器86位于液浴87内。它可以是与先前关于液浴17所讨论的相同类型的液浴，或者可以是具有适于将物流15转化成甲烷的另一种培养基的水。尽管如此，由于生物气来自同一热解/气化单元12，没有理由在生物质生长时改变介质，因此在这种情况下，它应该是相同的液浴。
所述膜反应器86位于热解/气化单元12的下游，并且进料来自单元12的合成气。膜反应器86与膜反应器16偏置，也就是说，物流15可以分为两个物流，第一个物流给膜反应器16进料，第二个物流给膜反应器86进料。具有两个膜反应器的此构造增加了可以转化的合成气的流速。并且对于预定流速的待转化合成气，具有两个膜反应器的此构造使得无需采用具有过多纤维的巨大膜，以免因此而导致这种巨大膜的安装变得麻烦。
应注意，图9中所示的具有两个膜反应器的实施方案仅出于说明两个膜反应器的可能性的目的而被示出。根据本发明，此实施方案还可以是图1所示第一膜16和第二膜86的组合，或者图1所示第一膜反应器16与图2、3、4、5、6、7或8所述的第二膜反应器86的组合，或者图2、3、4、5、6、7或8所述的两个膜反应器16、86的组合。前述附图中给出的实施方案的所有可能组合都在本发明的框架之内。
图10示意性地示出根据本发明的用于合成气生物甲烷化的设备90的另一实施方案。设备90包括与以上附图中所示的设备10、20、30、40、50、60、70或80相同的元件。在图10的实施方案中，设备90包括三个膜反应器16、86、96。附加的膜反应器96位于液浴97内。它可以是与先前关于液浴87所讨论的相同类型的液浴，或者可以是其中含有适于将物流15转化成甲烷的另一种培养基的水。尽管如此，由于生物气来自同一热解/气化单元12，没有理由在生物质生长时改变介质，因此在这种情况下，它应该是相同的液浴。
所述膜反应器96位于热解/气化单元12的下游，并且进料来自单元12的合成气。膜反应器96与膜反应器16和膜反应器86偏置。图10中所示的实施方案说明的是根据本发明设备的各种可能组合中的一者。在此实施方案中，液浴17进料离心液25，而液浴87和97进料附加的培养基91。膜反应器16的输出物流中的气态部分(主要是甲烷)18进料到厌氧消化器21中，并且膜反应器16的输出物流中的其余部分被进料到向厌氧消化器21进料的有机材料中。膜反应器86的输出物流88中的全部部分被注射到厌氧消化器21中，而膜反应器96的输出物流98中的全部部分不被注射到设备中。
在以上解释中，膜反应器16的输出物流被视作具有甲烷气态部分，以及液态部分形式的其余部分。这是出于说明目的。实际上，膜反应器的输出物流应当被视作液浴中的气穴，并且此气穴与液浴中的一些液体一起从液浴中取样并且被注射到厌氧消化器中。取出液浴中的这部分通过添加离心液来补偿，并且通过在膜饱和时相应地调节液体再循环速度，既确保了生物膜的耐用性，又确保了生物膜的清洗和清洁。
当然，本发明的范围还涉及具有多于2个或3个膜反应器例如5、10、20个等膜反应器的设备。
图11示意性地示出采用根据本发明的合成气生物甲烷化方法的步骤的方框图。根据本发明的所述方法包括步骤100，即将来自热解/气化单元的合成气提供给位于包括至少一个适当的细菌群体的液浴内的膜反应器，所述膜反应器包括与所述液浴接触的至少一根中空纤维，其中所述至少一根中空纤维周围形成生物膜，并且所述热解单元的输出合成气流入所述至少一根中空纤维中，从而将所述合成气转化成甲烷。
在步骤100之前，所述方法可以包括步骤99，将有机材料提供到热解/气化单元中以形成合成气。
在本发明的优选实施方案中，所述用于合成气生物甲烷化的方法进一步包括步骤101，给进料有机材料的厌氧消化器进料所述膜反应器的出口物流。这增加了所述消化器中甲烷的含量，致使所述消化器中产生的生物气的较低的热值增加。
有利地，根据本发明的方法进一步包括步骤102，将来自厌氧消化器的消化残留物进料到脱水单元中，从而获得固体部分，所谓的饼，以及液体部分，所谓的离心液。
有利地，根据本发明的方法进一步包括步骤103，将来自所述脱水单元的离心液进料到所述膜反应器的液浴中。此步骤使得能够给具有至少一个适当的细菌群体的膜反应器的液浴进料，以在中空纤维上形成生物膜，以将合成气转化成甲烷。
有利地，根据本发明的方法进一步包括步骤104，将来自脱水单元的饼进料到热解/气化单元(单元12或另一个热解/气化单元)中。此步骤使得能够从消化器的残余物形成合成气，所述合成气被送回到厌氧消化器21。这致使消化器21内部的生物气部分增加，同时抑制任何固体残留物。当包括步骤104时，根据本发明的方法可以不包括将有机材料提供到热解/气化单元中以形成合成气的步骤99，因为有机材料是来自脱水单元的饼。
根据另一个实施方案，根据本发明的方法可以包括步骤105，即将来自所述膜反应器的液浴的出口物流中的液体部分添加到向所述厌氧消化器进料的有机材料中。这样使得可以通过消除含有过多细菌或其他颗粒的液体来清洁所述液浴。
根据另一个实施方案，根据本发明的方法可以包括步骤106，即将生物炭作为潜在稳定材料送至有机存储物，或者可以将其直接进料到厌氧消化器中。由于来自所述单元处的热解的残留物被用作所述厌氧消化器的潜在稳定材料，因此此构造使得能够在闭环中操作。
根据另一个优选实施方案，根据本发明的方法可以包括多个步骤100，也就是说，根据本发明的设备包括多个膜反应器。图11中示出了3个步骤100。此步骤的数目不限于3个，可以有更多个步骤100，具体取决于前述的膜反应器的数量。换句话说，如果有10个膜反应器，则可以有10个向反应器提供合成气的步骤100。此外，如果预期不使用所有膜反应器，则根据要处理的合成气的流速，也可以有10个膜反应器，而只有1、2、3…或9个步骤100。类似地，在一个膜反应器的情况下，可以有多个消化器21，从而致使有给厌氧消化器进料膜反应器的输出物流的一个以上的步骤101。
本说明书中公开的示例仅说明本发明的一些实施方案。它们决不以任何方式限制所述发明的范围，并且所呈现的实施方案的所有可能组合都在本发明的框架内。

Claims (13)

1.一种用于合成气生物甲烷化的设备(10、20、30、40、50、60、70、80、90)，所述设备包括热解/气化单元(12)，其被配置成用于接收有机材料，所述热解/气化单元(12)被配置成用于产生合成气，
其特征在于
所述设备包括至少一个膜反应器(16、86、96)，所述膜反应器被配置成安置在液浴(17、87、97)内部，所述液浴包括至少一个细菌群体，
其特征在于
所述膜反应器(16、86、96)包括至少一根中空纤维(5)，所述至少一根中空纤维布置成使得当所述膜反应器(16、86、96)与所述液浴(17、87、97)接触时，所述至少一跟中空纤维周围形成生物膜，以便在所述热解/气化单元(12)处生成的合成气流入所述至少一根中空纤维中，从而将所述合成气转化成甲烷
并且其特征在于，所述设备进一步包括厌氧消化器(21)，其被配置成用有机材料(22)给料，并且产生包括甲烷和消化残留物的生物气，所述消化器(21)被连接到所述至少一个膜反应器(16、86、96)的出口。
2.根据权利要求1所述的设备(20、30、40、50、60、70、80、90)，其特征在于，其包括脱水单元(23)，所述脱水单元被配置成对来自所述厌氧消化器(21)的消化残留物进行脱水，从而产生固体饼(24)和液体离心液(25)。
3.根据权利要求2所述的设备(30、40、50、60、70、80、90)，其特征在于，其被配置成将所述液体离心液(25)的至少一部分注入到所述至少一个膜反应器(16、86、96)的所述液浴(17、87、97)中。
4.根据权利要求2或3所述的设备(40、50、60、70、80、90)，其特征在于，其被配置成将所述固体饼(24)进料给所述热解/气化单元(12)或者进料给第二热解/气化单元(31)。
5.根据权利要求1到4中的任一权利要求所述的设备(60、70、80、90)，其特征在于，其被配置成将来自所述至少一个膜反应器(16、86、96)的所述液浴(17、87、97)的出口物流的液体部分(61)添加到所述有机材料(22)中，所述有机材料被配置成进料给所述厌氧消化器(21)。
6.根据前述权利要求中的任一权利要求所述的设备(80、90)，所述设备包括多个膜反应器(16、86、96)，其特征在于，所述多个膜反应器(16、86、96)彼此偏置。
7.根据前述权利要求中的任一权利要求所述的设备(10、20、30、40、50、60、70、80、90)，其特征在于，所述至少一个细菌群体是同型产乙酸细菌和/或产乙酸产甲烷菌或氢营养型产甲烷菌和/或一氧化碳营养型产乙酸菌和产乙酸产甲烷菌。
8.用于合成气生物甲烷化的方法，其特征在于，其包括步骤(100)：将来自接收有机材料的热解/气化单元(12)的合成气提供给位于包括至少一个细菌群体的液浴(17、87、97)内的至少一个膜反应器(16、86、96)，所述至少一个膜反应器(16、86、96)包括与所述液浴(17、87、97)接触的至少一根中空纤维(5)，在所述至少一根中空纤维周围形成生物膜，并且来自所述热解/气化单元(12)的所述合成气流入所述至少一根中空纤维中，从而将所述合成气转化成甲烷，以及
步骤(101)：给用有机材料(22)进料并且产生包括甲烷和消化残留物的生物气的厌氧消化器(21)进料所述至少一个膜反应器(16、86、96)的出口物流。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，其包括步骤(102)：将来自所述厌氧消化器(21)的所述消化残留物进料到脱水单元(23)中，所述脱水单元被配置成对来自所述厌氧消化器(21)的所述消化残留物进行脱水，从而产生固体饼(24)和液体离心液(25)。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法包括步骤(103)：将所述液体离心液(25)的至少一部分注入到所述至少一个膜反应器(16、86、96)的所述液浴(17、87、97)中。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，所述方法包括步骤(104)：将所述固体饼(24)进料给所述热解/气化单元(12)或者进料给第二热解/气化单元(31)。
12.根据权利要求8到11中的任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述方法包括步骤(105)：将来自所述至少一个膜反应器(16、86、96)的所述液浴(17、87、97)的出口物流的液体部分(61)添加到给所述厌氧消化器(21)进料的所述有机材料(22)中。
13.根据权利要求8到12中的任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述至少一个细菌群体是同型产乙酸菌和/或产乙酸产甲烷菌或氢营养型产甲烷菌和/或一氧化碳营养型产乙酸菌和产乙酸产甲烷菌。
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