CN116685673A - 移动式沼气装置和用于运行移动式沼气装置的方法 - Google Patents

移动式沼气装置和用于运行移动式沼气装置的方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了移动式沼气装置及其运行，其优选也可在市政基础设施缺乏或发展不足的地方使用，其通过组合已知的措施，从所使用的生物源残留物实现最大的比能量产量，并通过最大限度减少所需的过程能源需求而成为可能。根据本发明，这通过与用于在中温以及嗜热环境中对悬浮原料进行厌氧处理的发酵容器进行组合来实现，该发酵罐还具有耐压设计的气体室，并且部分地叠加布置。因此，发酵底物输送可以在很大程度上有组织地由阀门控制，而舍弃通常的泵的使用，自然压缩的过程气体在舍弃使用搅拌机构的情况下用于厌氧处理的过程容器中的底物循环，同时用于到工作站的气体运输以用于能量气体利用，如图4所示。

Description

移动式沼气装置和用于运行移动式沼气装置的方法
技术领域
本发明涉及移动式沼气装置，其用于在市政基础设施有限或缺乏的场地临时或永久运行，以生态安全的方式利用生物残留物，如粪便污泥和/或生物质生活垃圾。对于在市政基础设施有限的场地卫生地处置和回收生物残留物而言，这种技术解决方案是必要的。
背景技术
从生物源物料中获取含甲烷的燃料气体被认为是所谓的可再生能源发电领域中不可或缺的关键技术。作为所谓的多面手，其优于使用可再生能源的其它技术，尤其是因为它
-既可用于电力和热能的供应，也可用于燃料的供应，
-可利用经证实和可利用的技术手段进行储存，
-可选地可以用于基本负荷能量供应和峰值负荷能量供应，
-可以与特别是植物可利用的有机氮-磷-钾-硫肥料的获取相联系，
-有助于减少对气候有害的气体的排放，和
-可以至少在城市化和/或工业化的地区通过可利用的和充分有效的能源分配网络以分布式有效地供应。
作为在分散的场地尤其是在市政基础设施缺乏或不足的场地上对可使用的生物残留物和废料进行材料和能量回收的前提，已经知晓各种技术解决方案。
DE 19721979C1(1997)提出了一种小型沼气装置的发酵罐，其不超过标准化运输集装箱的尺寸，包括装置运行所需的附件，并且旨在舍弃机械搅拌机构情况下通过整个发酵罐单元的侧向滚动，使底物可以在发酵罐中循环。
从DE 19846336A1(1998)中的公开内容已经可推断，在机械搅拌的渗滤器中进行机械预处理之后的经预处理的生物源给料可以被水解，并且在渗滤器排放物的相分离之后获得的稀相可以作为渗滤液被连续地供应至甲烷发酵罐。然后，来自甲烷发酵罐的残留物代表所谓的渗滤水用于甲烷发酵上游的渗滤，其已经包含适应生物源原料质量的微培养物。
如DE 19958142 A1(1999)已经描述了一种移动式沼气装置。它主要由至少两个装置模块组成，包括彼此分开的必要的生物技术或能源部件，并被放置在具有标准海运集装箱尺寸的建筑外壳中。通过联接所需数量的主要由制造商预制的模块来实现不同回收性能的装置的容量要求。
DE 20104047U1(2001)描述了一种生物反应器，尽管所述生物反应器有限地满足了移动式沼气装置的要求，但由于仅预定用于所谓的干式发酵而并不适于尤其高效能的湿式发酵。
采用描述于DE 102004053615B3(2004)中的生物源物料的降解方法，通过将来自好氧运行的渗滤器的渗滤液临时储存在一个或更多个中间缓冲器中，并且从那里按要求来供应以控制甲烷反应器的功率，进一步发展了上述渗滤法。因此，也可以在适当的容器尺寸中构造移动式或半移动式沼气装置。
DE 2004062993A1(2004)公开了一种沼气装置的建议，所述沼气装置的特征在于一个位置固定安装的甲烷发酵罐和至少一个移动式容器单元，所述移动式容器单元具有运行该装置所需的其他技术设备。
DE 202005012340U1(2005)提出，沼气装置所需部件不应安装在标准化的运输集装箱中，而应安装在移动式或半移动式和专门设计的预制车库中。
DE 102008015609A1(2008)中描述的沼气装置和用于生产沼气的技术方案已经包括了在实际发酵上游水解的建议，所述水解应当优选在空间上与发酵分开并且在至少两个水解容器中间歇地进行。
DE 102010000437U1(2010)所公开的对于可运输和模块化构造的沼气装置的建议在于，应当通过在开放的端面连接标准化的运输集装箱以扩大空间，由此来实现决定性能的发酵罐尺寸。
由EP 2781589B1(2010)已知一种通过使用一个或更多个便携式容器来获取可再生能源的可运输装置，其特征在于在嗜热环境中用于巴氏杀菌和/或用于发酵的多个第一储存罐。此外提供一个更大的第二个储存罐，用于随后在中温环境中的发酵。
为了处理在第二储存罐中产生的发酵残留物，还提供了一个脱水单元，借助于该脱水单元，可以以干燥形式获得至少一部分发酵残余物。通过对应的流体连接和控制设备，这样的装置设计应当既是能改变位置的，又可以特别有利的方式适应具体的场地要求。
DE 102010044988A1(2010)中阐述了类似于上述技术方案的可运输的沼气装置。在此，首先应当将发酵罐构造为集装箱式单元，所述单元在相应的利用要求的情况下可以与可运输沼气装置的基本装备联接。
WO 2013/088067A1(2011)描述了模块化沼气装置的变型，该变型由多个可运输的发酵罐和用于联接发酵罐模块的标准化的管道单元和控制单元组成，由此可以容易地组合可变的装置尺寸。
由DE 202012007831U1(2012)已知一种具有变化的装置参数的占地少的沼气装置。可大量连接至装置的发酵罐模块包括相关的辅助设备，优选具有正方形平面图，并且能够简单地连接至装置构造，由此限制了用于定位其他装置部件的可用空间。
DE 102013107621A1(2013)中描述了中央模块化泵送单元和粉碎单元。在此将这种紧凑和可运输的模块称为中心部件，其具有泵、阀、传感器以及监测和控制技术，用于沼气装置的众多不同功能单元的运行。
DE 202013101554U1(2013)提出了以标准化尺寸优选在一致的平面上布置过程模块的方案，其中模块的边界壁由于不同的装配变型而至少部分地彼此支撑，并且在这种情况下形成用于可运输和位置可变的沼气装置的其他部件的调整空间。
DE 202014006483U1(2014)描述了一种非常简化的沼气装置，它将所有基本必需的功能部件组合在一个标准化的设计中。其应当能够促进生物源原料直接通过厌氧处理系统的各个处理室引入直至排出。此外还应当可以省去搅拌器循环和泵的使用。
CN 104140928 B(2014)描述了一种具有纵向搅拌器的管状卧式紧凑型发酵罐，其可以以集装箱的尺寸运输，并且可用作模块化沼气装置中的厌氧系统的中央单元。
本发明技术领域的另一技术相关的方案见于CN 106281996 B(2015)。为此提出了具有标准化集装箱尺寸的紧凑型模块，所述模块提供了待处理的生物源物质的粉碎，直接引至搅拌的卧式发酵罐，将产生的沼气直接引出至热火炬中或在原料气处理之后直接引至能量气体利用，采用能量气体利用模块加热发酵罐，并且从卧式发酵罐排放所产生的发酵残余物。
WO2020180175A1(2019)描述了一种可能主要为了市政废水处理而开发的技术方案。然而，它包含在至少三个空间上彼此分开的过程容器中进行厌氧处理的重要指示，其中使用在不同温度范围内活性的尤其是中温和嗜热的混合培养物，以应用21天之内的最短处理时间，和针对性地回收(Rückführung)适应具体应用条件的培养物。所解释的用于过程监测和用于过程控制的分析和数学工作可理解地归因于变化的废水质量以及同时对所需要的纯水质量的高要求。
由WO 2020/182684A1(2019)已知一种技术方案，其除了用于获取沼气的发酵装置之外，还包括用于一部分可用沼气的能量回收的过程单元以及用于准备另一部分沼气流以获取生物天然气的另一过程单元。为此首先压缩所获取的粗沼气。将压缩的粗沼气借助于气体分离单元分离成具有生物天然气质量的产品气体和甲烷含量达20％的残余气体。借助于残余气体，操作用于残余气体的能量回收的过程单元，借助于所述过程单元也可以实现对压缩单元的能量供应。
因此，已知的现有技术为生物源原料的多阶段生物技术处理提供了许多变型的技术方案，在每种情况下，在选定的单独案例中，可以从中提取以下特征：
a)所需的装置部件应当能够布置在固定的平面上。
b)单个装置部件的尺寸不应当超过标准化的运输集装箱的规格。
c)装置部件应当能够在制造商的工厂预制。
d)生物源原料的生物技术处理应当多阶段地并在空间上分开的过程容器中进行。
e)待使用的生物源原料应当在借助湿发酵进行生物技术处理之前进行预粉碎、流化和悬浮。
f)生物技术处理优选使用水解、中温和嗜热环境以及在至少20天的最短处理时间内进行。
g)使用棱柱形而不是圆柱形过程容器来改进运输集装箱体积的利用率。
h)为了避免选定的有害细菌穿过生物技术利用装置，应当进行卫生或消毒的全流处理。
i)发酵残余物应当可提供给植物施肥。
j)为了在利用所获取的沼气时避免排放硫氧化物，应当进行气体脱硫。
k)所获取的沼气的可用能量应当至少与生物技术利用装置的过程能量需求相对应。
l)对于用于沼气能量利用的设备中出现故障的情况，应当通过使用火炬装置来避免气候污染物如甲烷和氨的排放。
能够充分满足上述基本要求的技术方案到目前为止仍是未知的。因此，在市政基础设施缺乏或发展不足的场地或地区，目前仍没有关于移动式或半移动式沼气装置运行的已知技术方案。在达到足够的能源自给自足水平之前，要么由于装置的所需最小尺寸而必须质疑待使用的装置部件的所需机动性，要么必须容忍不可接受的环境负荷。
发明要解决的技术问题
因此，本发明的任务在于克服已知现有技术的缺点。尤其应当提供一种技术方案，借助于该技术方案可以实现移动式或半移动式沼气装置，用于对具有不同性能要求的选定的生物源市政废物进行材料和能量利用。拟开发的技术方案应当
-能源自给自足地运行，
-满足水体保护的最大限度要求，
-使气候污染物的排放最小化，和
-最大限度地获取发酵残余物
-使矿物植物营养物达到特定含量。
总之，本发明的目的因此在于开发一种技术方案，以满足下述要求：
m)在封闭的系统中使用所有已知实际产量促进措施，作为最大限度地实际开发生物源原料带来的能量潜力的先决条件；
n)确保所有可能对地下水和地表水造成水污染的介质的管道、设备和容器完全双壁；
o)减少发酵介质循环所需的机械能需求，以使过程能量需求最小化；
p)减少输送液态和气态过程介质所需的能量输入，以使过程能量需求最小化。
发明内容
本发明的任务通过权利要求1和6的特征得以解决。本发明的优选实施方式示于从属权利要求(Unteransprüche)中。
根据本发明的技术方案相对于现有技术的有利之处能够概括如下：
“移动式沼气装置”在此在本专利说明书的意义上是指这样的装置，其过程部件形成具有标准化的运输集装箱的最大尺寸的可运输单元。
这些过程部件的特征还在于，它们可以由工厂完整供给。在将过程部件放置在预备的平坦和可通行的平面上之后，并在将所述部件与必要的过程管线连接之后，所形成的用于生物源原料的生物技术材料和能量回收的装置可以独立于基础设施要件而运行。
根据本发明的技术方案在于：
-在厌氧运行的过程容器中完全消除了机械介质循环，
-发酵底物在厌氧运行的过程容器之间的自动运输，以及
-不需要使用用于气体输送的机械机构，电力过程能量需求最少。
-不会将作为发酵毒物的氧气引入发酵容器，
-确保在厌氧环境中所需的最短处理时间，
-通过在主发酵阶段中使用保留培养(kulturerhaltend)的发酵罐技术和在后发酵阶段中以间歇运行使用发酵容器的保留培养运行方式，获得适应生物源原料的中等品质的微培养物；和
-在发酵容器中循环发酵底物时排除机械剪切力，获得最大的比沼气产量。
随着生物源原料进入发酵过程的碳的最大降解，导致有机物在发酵残余物的干物质中的比例最小化，从而使发酵残余物中的矿物植物营养物的比含量最大化。
因此，在比沼气产量最大的同时使电力过程能量需求最小化，使得能够在能源自给自足下运行的沼气装置的结构尺寸尽可能小变得可能。
没有用于输送所产生的沼气、用于在发酵容器中循环发酵底物和用于在发酵容器之间输送发酵底物的机构，使得在运行本发明的移动式沼气装置时的维护和保养耗费最小化成为可能。
本发明的沼气装置不需要额外的沼气储存器来不间断地运行用于能量气体利用的部件，因为可以保证从厌氧运行的过程容器的组合气体室中持续供应气体。通过使热电联产装置(Blockheizkraftwerk)的生产能力适应发酵装置的生产能力来同时获取电能和热能，可以不间断地将所需的过程能量和任选的剩余能量提供给另外的任务。由于移动式沼气装置100％的双壁性，在内流的倾斜场地平面的吸收能力上，排除了水污染物的排放，如发酵底物中的大量铵含量被认为是水污染物。气态气候污染物的排放限于所使用的燃气发动机和/或燃气锅炉的废气排放。
相互连接的过程容器的全封闭式设计可靠地防止了气味的排放，这是装置安置在住宅附近的前提。装置运行对额外运行材料的需求限于所使用的燃气发动机的润滑剂需求，和提供用于运行除生物气体脱硫之外另外提供的化学-物理气体脱硫剂的过滤介质(Filtermass)。
在市政基础设施发展不足的地区临时或永久使用移动式沼气装置的情况下，提供用于在物质和能量上利用生物源残留物的生物技术学技术，满足对环境保护和可持续性的最严格要求。运行移动式沼气装置对减少气候污染物和水污染物的排放作出了重大贡献，这是防止经处理的生物源残留物腐烂和不当填埋的直接后果。
将获取的发酵残余物在嗜热环境中间歇发酵期间暴露至所谓的全流式卫生处理中。由此使液态和固态发酵残余物可以安全地作为高价值氮-磷-钾-硫肥料使用。这因此也对植物性食物和饲料的生物学生产作出重要贡献。
优选的隔热运输集装箱是移动式沼气装置在热带和在具有霜冻期的地区不受限制运行的前提。
实施例
将在下文以实施例更详细地阐述本发明。
在附图中，
图1示出了所需装置部件的连接的示意图；
图2示出了所需的可运输装置部件在场地平面上的示例性布置；
图3示出了非气态过程介质通过各个过程容器的阀控输送的示意图；
图4示出了沼气通过各个装置部件的自动输送的示意图；
图5示出了在具有增加的生产能力的移动式沼气装置中自动输送沼气的示意图；
图6示出了具有增加的生产能力的移动式沼气装置的可运输装置部件在场地平面上的示例性布置；
实施例1
根据图1至4，移动式沼气装置由主要部件组成：
-场地平面1，其具有8m宽度和18m长度，
-预存储容器2，其具有约12m3容积，
-过程容器3，用于中温环境中的厌氧处理，具有80m3容积
-2个过程容器4，用于嗜热环境中的厌氧处理，各具有32m3容积，
-过程容器5，用于收集最大55m3的发酵残余物和用于在至少10m3的气体室中的生物气体脱硫17，
-用于装置控制的部件7，
-场地平面1的周向弯边(Aufkantung)8，其具有至少0.7m的高度，
-工作站9，其用于能量气体利用，配备有另外的气体脱硫模块10、电功率为10kW的热电联产装置11和热功率为25kW的热火炬站13，和
-泵站14。
移动式沼气装置应当用于对移动式卫生间中产生的粪便污泥进行环境无害和能源自给自足的生物技术利用。为此，确定了尽可能小的尺寸，以便在达到最大比沼气产量的情况下，使得回收装置能够实现能源自给自足。
按照根据本发明的技术方案，各个部件几乎完全缩小到不超过标准化运输集装箱尺寸的尺寸。
这些运输集装箱被放置在可通行和防水的场地平面1上并且锚定在其上。预存储容器2被布置在20英尺卧式运输集装箱中，该集装箱的有效容积为约12m3，可以由集装箱车15装载。
泵站14也放置于同一运输容器中，不受天气影响。由于根据本发明省去对液态介质的另外的输送要求，所以泵站14的任务减少了：
-泵送预存储容器2的内容物以获取均质化的生物悬浮液，
-主发酵罐3每日计量装载，和
-从卫生发酵残余物的收集容器5将液态有机NPKS肥料(氮-磷-钾-硫肥料)装载到收集车15中。
除了泵站14之外，在该运输集装箱中还安置了移动式沼气装置的开关和控制装置7。
作为用于对来自预存储容器2的生物悬浮液进行厌氧处理的主发酵罐3，使用根据现有技术的保留培养的水力(hydraulisch)循环发酵罐3，但其尺寸为两个联接的运输集装箱，所述集装箱具有80m3的可用填充容积。采用按照经验足够强有力的中温混合培养物来利用不同品质的原料使主发酵罐3运行。
所使用的主发酵罐3的构造具有下述特殊功能：
-对于发酵底物的水力循环，作为唯一的移动元件，仅须操作混合阀，
-仅主发酵罐3中永久可用的静水压力就足以同时将干扰的漂浮层或下沉层转向预存储容器2中，
-经主发酵罐3的区域的介质流通主要以柱塞流方式进行，
-使适应生物悬浮液的中等品质的混合培养物保持在发酵罐构造3的一部分中，该部分可以根据要求确定尺寸，
-尽管使用了+490mbar的最大气体压力，但是该构造可以在正常运行寿命期间运行，而不需要定期检查压力设备；和
-从主发酵罐3生产的沼气的流出压力除了用于气体输送之外，还可以实现其他功能。
本发明所使用的移动式沼气装置的基本的特征包括在厌氧运行的过程容器3、4、5之间组织发酵底物的运输。为此，在连接管线中仅使用受控阀16，其气动驱动器与泵输送相比仅具有可忽略的能量需求。为此，主发酵罐3的构造中较高的构件被放置在40英尺的立式运输集装箱中。在安装面1上方至少10.5m的高度有发酵底物的排放口，以便在后发酵罐站4中用于另外的厌氧处理。
对于后发酵罐站4的嗜热环境中的厌氧处理，在20英尺的卧式运输集装箱中使用两个容器，每个容器间歇地运行，最大容积各约为32m3。后发酵罐4放置在40英尺运输集装箱的上方，该运输集装箱包括用于收集液态发酵残余物的最大容积为55m3的过程容器5。采用该容器布置，在主发酵罐3的发酵底物流出高度为+10.5m之后，后发酵罐中的最大液位位于场地平面1的地面之上+4.8m处。清空后发酵罐4时可以达到的最小液位高度为+2.8m。此外，该高度仍然足以能够仅以静水压力完成发酵残余物从后发酵罐4转移至最大液位为+2.3m的发酵残留物储存器5。
使用本发明的技术方案时的另外的特点在于，可以不使用机械设备来强制循环过程容器3、4、5中的内容物。为此，使用各个过程容器3、4、5中的可用气体压力，这些容器无一例外地被设计成静态固定构造。在主发酵罐3的气体室被设计成用于高达+490mbar的气体压力时，后发酵罐4的气体室被设计成用于250mbar的最大气体压力，所产生的发酵残余物用的收集罐5的气体室被设计成用于50mbar最大气体压力。这使得从厌氧处理系统的各上游区域完全供应所产生的过程气体成为可能。
在避免由于泵和搅拌器的工具的干扰剪切力的情况下，向后发酵罐站4和发酵残留物储存器5的过程容器提供的靠近地面的沼气量与过程容器4、5中直接产生的气体量一起导致介质循环，例如在现代污水处理厂的消化塔中，借助于技术压缩的消化气体，对来自生物污水净化的剩余生物污泥进行能量回收。
为了减少来自大气下运行的预存储容器2的气味排放的目的、以及为了对经厌氧运行的过程容器3、4引导的沼气进行生物脱硫，从发酵残留物罐5抽出空气量，并将其引入过程容器5的气体室。以这种方式，用于降低沼气硫化氢含量的好氧混合培养所需的氧气量可以作为发酵毒物被安全地远离过程容器3、4中的活性产甲烷剂。大部分脱硫的沼气现在具有30至50mbar的预压力，可用于精细脱硫10、用于热电联产装置11的燃气发动机的运行或用于燃气锅炉12和热火炬站13的运行。经验表明，为此不需要进一步提高所供气流的压力。
表1中汇总了分配给实施例1的特征值：
表1：实施例1的特征值
位置 名称 量纲 数值
1. 供应的粪便污泥(OS)的量 m3/d 4.0
2. 平均干物质含量(TS) g/kg OS 40
3. 有机干物料平均含量(oTS) ％TS 50
4. 比甲烷产率 m3/kg oTS 0.495
5. 每日可用甲烷体积 m3/d 39.5
6. 燃气发动机和热火炬所需的最小燃烧热功率 kWth. 16.5
7. 可使用的(含NPKS)液态肥料的量 m3/d 3.9
8. 所需的电力过程能量 kWh/d 64
9. 最大所需热过程能量 kWh/d 280
表2示出计算出的在连续霜冻气候条件下的过程能量需求。
表2：实施例1计算出的过程能量需求
位置 名称 量纲 数值
1 照明(1kW*12h/d) kWh/d 12
2 内流场地平面上的降水的集水泵(1kW*2h/d) kWh/d 2
3 原料的另外粉碎(8kW*0h/d) kWh/d 0
4 中心泵(11kW*4h/d) kWh/d 44
5 用于阀控制的控制空气(0.5kW*2h/d) kWh/d 1
6 从预存储容器到发酵残留物罐输送空气的鼓风机(0.2kW*24h/d) kWh/d 5
7 相分离(6kW*0h/d) kWh/d 0
8 电力过程能量需求之和 kWh/d 64
9 主发酵罐站的供热，包括绝热损失 kWh/d 160
10. 后发酵罐站的供热，包括绝热损失 kWh/d 90
11. 技术室的最大供热 kWh/a 30
12. 热过程能量需求之和 kWh/d 280
实施例2：
根据图1至4，实施了如实施例1中的移动式沼气装置。然而，该装置另外包括用于粉碎所使用的生物源残留物中的粗部分的设备、相分离站6和固定储存区18，该固定储存区18用于临时堆放作为借助于相分离站处理的发酵残余物的固相的固体有机NPKS肥料19。
在示例性装置中，提供借助湿式切割机(RotaCutTM)对所产生的生物悬浮液进行的粉碎和具有螺旋挤压式分离器的相分离站。所需的湿式切割机连接至泵站14上游。相分离站6的螺旋挤压式分离器放置在预存储容器2上方，以便可以将稀相——含菌生物滤液直接供应至预存储容器2，和将固相——固体有机肥料19供应至固定储存区域18，而无需另外的运输耗费。
移动式沼气装置应当主要用于对市政厨余垃圾和食物残留物进行环境友好和能源自给自足的生物技术利用。
表3中汇总了分配给实施例2的特征值：
表3：实施例2的特征值
位置 名称 量纲 数值
1. 供应的生物源市政废物(OS)的量 t/d 2.6
2. 平均干物质含量(TS) g/kg OS 230
3. 有机干物料平均含量(oTS) ％TS 92
4. 比甲烷产率 m3/kg oTS 0.682
5. 每日可用甲烷体积 m3/d 376
6. 燃气发动机和热火炬所需的最小燃烧热功率 kWth. 160
7. 可使用的(含NPKS)固体肥料的量 t/d 0.7
8. 可使用的(含NPKS)液态肥料的量 m3/d 1.25
9. 所需的电力过程能量 kWh/d 156
10. 最大所需热过程能量 kWh/d 260
表4示出计算出的在连续霜冻气候条件下的过程能量需求。
表4：实施例2计算出的过程能量需求
位置 名称 量纲 数值
1. 照明(1kW*12h/d) kWh/d 12
2. 内流场地平面上的降水的集水泵(1kW*2h/d) kWh/d 2
3. 原料的另外粉碎(8kW*2h/d) kWh/d 16
4. 中心泵(11kW*4h/d) kWh/d 44
5. 用于阀控制的控制空气(0.5kW*2h/d) kWh/d 1
6. 从预存储容器到发酵残留物罐输送空气的鼓风机(0.2kW*24h/d) kWh/d 5
7. 相分离(6kW*1h/d) kWh/d 6
8. 电力过程能量需求之和 kWh/d 70
9. 主发酵罐站的供热，包括绝热损失 kWh/d 160
10. 后发酵罐站的供热，包括绝热损失 kWh/d 80
11. 技术室的最大供热 kWh/d 30
12. 热过程能量需求之和 kWh/d 270
实施例3：
根据图5和6，按照所提出的技术方案设计移动式沼气装置。与所阐述的实施例1和2中的实施方案相反，除了用于厌氧处理悬浮的生物源市政废物的两个在常规模式并联运行的主发酵罐3之外，下游总共存在四个间歇和连续运行的后发酵罐4。后发酵罐4用于在嗜热环境中对来自主发酵罐站3的发酵底物进行卫生厌氧处理。后发酵罐4被放置在标准化的20英尺运输集装箱中，并且布置在过程容器5的上方，用于收集来自后发酵罐4的发酵残余物。产生的发酵底物从标称容积各为80m3的两个主发酵罐3以在安装面1上方10.5m的流出高度进入四个间歇运行的后发酵罐4的接收口中，后发酵罐各自具有25m3的最大容积，其中，最大填充液位水平约位于安装面1上方8.0m处。为了克服进入过程容器4、5近底部的沼气量的最大静液压负荷，必须为来自主发酵罐3的沼气提供介于900与950mbar之间的流出压力。在克服后发酵罐4中的填充水平之后，后发酵罐4的气体室中的沼气仍具有介于250与600mbar之间的压力。在将这些沼气用于在收集罐5中循环发酵残余物之后，仍可以介于100与200mbar之间的压力提供经部分脱硫的沼气用于能量气体利用9的工作站中。在移动式沼气装置的部件的这种示例性布置中，液态介质在厌氧运行的过程容器3、4、5之间的传输无一例外地也通过控制连接管线中的阀16来实现。与基本变型中相比，具有较高工作压力的过程气体确保了各自容器内容物的更有效的循环，而在基本变型中则省去了需要监控的压力容器的使用。
由此，过程容器3、4、5的尽可能紧凑的布置还使得从所使用的生物源残留物中获得更高的能量产量。然而，发酵容器3、4的气体室为此必须满足对加压设备的要求。由于过程容器3、4在各自的厌氧处理阶段的多重可用性，待定期改造的压力容器可以在需要的时间点停止运行，而不必在这种情况下完全中断移动式沼气装置的运行。优选将来自相分离6的含菌的生物滤液用于悬浮待以材料和能量形式使用的生物源城市废物。因此，在本实施例中，将安装面1扩展为用于临时储存固体有机肥料19的固定储存区域18。表5中汇总了分配给实施例3的特征值：
表5：实施例3的特征值
位置 名称 量纲 数值
1. 供应的生物源市政废物(OS)的量 t/d 5.2
2. 平均干物质含量(TS) g/kg OS 230
3. 有机干物料平均含量(oTS) ％TS 92
4. 比甲烷产率 m3/kg oTS 0.75
5. 每日可用甲烷体积 m3/d 823
6. 燃气发动机和热火炬所需的最小燃烧热功率 kWth. 350
7. 可使用的(含NPKS)固体肥料的量 t/d 1.1
8. 可使用的(含NPKS)液态肥料的量 m3/d 3.5
9. 所需的电力过程能量 kWh/d 141
10. 最大所需热过程能量 kWh/d 420
表6示出计算出的在连续霜冻气候条件下的过程能量需求。
表6：实施例3计算出的过程能量需求
位置 名称 量纲 数值
1. 照明(1kW*12h/d) kWh/d 12
2. 内流场地平面上的降水的集水泵(1kW*2h/d) kWh/d 2
3. 原料的另外粉碎(8kW*4h/d) kWh/d 32
4. 中心泵(11kW*6h/d) kWh/d 66
5. 用于阀控制的控制空气(0.5kW*2h/d) kWh/d 1
6. 从预存储容器到发酵残留物罐输送空气的鼓风机(0.4kW*24h/d) kWh/d 10
7. 相分离(6kW*3h/d) kWh/d 18
8. 电力过程能量需求之和 kWh/d 141
9. 主发酵罐站的供热，包括绝热损失 kWh/d 260
10. 后发酵罐站的供热，包括绝热损失 kWh/d 130
11. 技术室的最大供热 kWh/d 30
12. 热过程能量需求之和 kWh/d 420
符号说明
1-场地平面
2-预存储容器
3-用于中温环境中的厌氧处理的过程容器
4-用于嗜热环境中的厌氧处理的过程容器
5-用于收集液态发酵残余物的过程容器
6-发酵残余物的相分离
7-装置控制
8-场地平面的弯边
9-用于能量气体利用的工作站
10-气体脱硫模块
11-热电联产装置
12-燃气锅炉
13-热火炬站
14-泵站
15-集装箱车
16-连接管线中的阀
17-沼气生物脱硫
18-固定储存区域
19-固体有机肥料

Claims (10)

1.一种移动式沼气装置，其用于在市政基础设施有限或缺乏的场地临时或永久运行，包括
-配备防水设备的可通行场地平面(1)；
-多个装置部件，其具有标准化运输集装箱的最大尺寸；
-至少五个空间上彼此分开的过程容器，其用于待使用的生物源原料的生物技术处理；
-至少一个预存储容器(2)，其用于获取通过流化、粉碎和混合措施产生的生物悬浮液；
-至少三个气密过程容器(3)、(4)，其用于水解、和/或用于在中温和/或在嗜热环境中的厌氧主发酵、和/或在中温和/或嗜热环境中的后发酵；
-至少一个气密过程容器(5)，其用于收集发酵残余物和生物气体脱硫；
-相分离站(6)，其用于获取与液态发酵残余物相比干物质含量降低的生物滤液，和
-用于装置控制的模块(7)，
其特征在于，
-连续处理阶段的气密过程容器(3)、(4)、(5)一个个叠放布置，使得用于第一厌氧处理阶段的过程容器(3)被布置在最上方位置，并且用于随后的厌氧处理阶段的过程容器(4)、(5)被布置在较低的位置；
-用于厌氧处理的第一过程容器(3)是保留培养物的连续发酵罐；
-气密运行的过程容器(3)、(4)、(5)设计为具有介于0.03bar与2.0bar之间的超压的气体压力，和
-至少两个气密过程容器(4)可用于间歇处理。
2.根据权利要求1所述的移动式沼气装置，其特征在于，整个可运输装置部件放置在可通行平面(1)上，所述平面(1)具有周向弯边(8)而形成容纳空间，该容纳空间容纳最大标称容积的过程容器的最小容积。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的移动式沼气装置，其特征在于，
用于能量气体利用的工作站(9)至少由后脱硫模块(10)、热电联产装置(11)和/或燃气锅炉(12)和热火炬站(13)组成。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的移动式沼气装置，其特征在于，
布置在运输集装箱之内的过程容器(2)至过程容器(5)优选由金属或塑料制成的平面、拱形、异型和/或带肋稳定化的容器元件组成。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的移动式沼气装置，其特征在于，
泵站(14)至少可用于向第一发酵阶段(3)装载生物悬浮液、用于向相分离站(6)装载，用于将发酵残余物或获取的生物滤液转移至接收容器(2)和/或收集车(15)中。
6.一种用于运行权利要求1的移动式沼气装置的方法，其具有下述过程步骤：
-从流化和粉碎的生物源原料制备生物悬浮液，以及将其与另外的过程液均匀混合，用于随后的湿发酵；
-用于在中温环境中的甲烷发酵的第一厌氧处理阶段；
-用于在嗜热环境中的间歇式甲烷发酵的第二厌氧处理阶段；
-将液态发酵残余物收集在厌氧运行的收集罐中，
-提供生物脱硫的沼气用于能量利用，
其特征在于，
借助重力在各个厌氧处理阶段的过程容器(3)、(4)、(5)之间运输发酵底物；
将在各个过程阶段(3)、(4)、(5)中获取的沼气各自引导通过所有后续厌氧处理阶段的过程容器，
借助在介于0.03bar与2.5bar超压范围内的自身压力，进行沼气通过厌氧运行的过程容器(3)、(4)、(5)和到能量气体利用站(9)的运输，
将从在先布置的处理阶段供应至各个过程容器(4)、(5)的沼气量用于另外的底物循环；和
使流经用于液态发酵残余物的收集罐(5)的沼气在排放至用于能量气体利用的工作站(9)之前，在所述收集罐中至少部分地进行生物脱硫。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，
至少使在第一厌氧处理阶段(3)中产生的沉降污泥借助第一厌氧处理阶段的过程容器(3)中的静水压力返回预存储容器(2)。
8.根据权利要求6和7中任一项所述的方法，其特征在于，
发酵底物在厌氧运行的过程容器(3)、(4)、(5)之间的循环完全仅通过控制连接管线(16)中的阀(15)来实现。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的方法，其特征在于，
过程容器(3)、(4)、(5)的尺寸按照最短厌氧处理时间为20天来确定。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的方法，其特征在于，
从用于生产生物悬浮液的预存储容器(2)中提取在用于液态发酵残余物的厌氧运行的收集罐(5)中用于沼气生物脱硫(17)的空气。
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