本發(fā)明涉及采用厭氧消化由生物質(zhì)生產(chǎn)生物氣的方法，在該方法中

-使用機(jī)械進(jìn)料設(shè)備將生物質(zhì)作為進(jìn)料(input)進(jìn)料到反應(yīng)空間，同時使生物質(zhì)在反應(yīng)空間中作為推流(plug flow)在水平方向上前進(jìn)，

-反應(yīng)空間分成有連續(xù)區(qū)段(successive blocks)，在每個區(qū)段中單獨(dú)混合生物質(zhì)，用于將生物質(zhì)進(jìn)料到區(qū)段特異性微生物菌株(block-specific microbial strains)，并使生物質(zhì)在反應(yīng)空間中前進(jìn)，該反應(yīng)空間具有至少3個區(qū)段，每個區(qū)段包括其自身的主要微生物菌株，

-回收經(jīng)生物質(zhì)的厭氧消化所產(chǎn)生的生物氣。

本發(fā)明還涉及相應(yīng)的反應(yīng)器。

本發(fā)明涉及由生物質(zhì)生產(chǎn)生物氣。生物氣生產(chǎn)是一種加工有機(jī)廢物的方法和一種生產(chǎn)再生能源的方法。生物氣生產(chǎn)是基于被稱為厭氧消化的生物學(xué)過程，其中微生物在不含氧的條件下消化有機(jī)材料或生物質(zhì)從而產(chǎn)生含有甲烷的生物氣作為終產(chǎn)物。厭氧消化是多步工藝，其中在如圖1所示的消化鏈的不同步驟中涉及幾種不同的微生物。用于分解生物質(zhì)的消化鏈可以以簡化方式進(jìn)行描述，如下所述：

1)多糖(烴)->糖->短鏈脂肪酸，H₂，CO₂->CH₄，CO₂

2)蛋白質(zhì)->肽，氨基酸->短鏈脂肪酸，H₂，CO₂->CH₄，CO₂

3)脂類->長鏈脂肪酸->短鏈脂肪酸，H₂，CO₂->CH₄，CO₂。

例如，木質(zhì)纖維素中含有的纖維素的消化鏈分步描述如下：

1)纖維素經(jīng)水解分解成糖：

(C₆H₁₀O₅)_n+nH₂O->nC₆H₁₂O₆

2)葡萄糖單元經(jīng)酸發(fā)酵分解成醋酸根：

C₆H₁₂O₆+4H₂O->2CH₃COO^-+2HCO₃^-+4H⁺+4H₂

3)醋酸根經(jīng)產(chǎn)甲烷作用分解成甲烷：

2CH₃COO^-+H₂O->CH₄+HCO₃^-

4H₂+HCO₃^-+H⁺->CH₄+3H₂O

在消化鏈的不同步驟中，活性微生物也具有不同的最佳條件。作為厭氧消化的終產(chǎn)物產(chǎn)生的生物氣可以作為功率和/或熱產(chǎn)生方面的再生能源或作為運(yùn)輸燃料。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)的生物氣技術(shù)主要被設(shè)計(jì)成用于加工濕廢物部分(fractions)如廢水污泥和動物糞便。在這種情況中，該加工大多數(shù)時候在低干物質(zhì)含量(大多數(shù)時候<10％)(即在高水含量(>90％))下發(fā)生于完全混合立式圓柱形罐反應(yīng)器中。與這種方法有關(guān)的最顯著的問題是在反應(yīng)器含有的原料中超過90％是水。能量(生物氣)不能由水產(chǎn)生；反而，加熱大量的水消耗顯著量的能量。此外，當(dāng)期望在這種類型的完全混合反應(yīng)器中加工較干的廢物部分時，進(jìn)料必須用液體進(jìn)行稀釋。液體也可以被再循環(huán)回到反應(yīng)器中；然而，仍存在與此相關(guān)的許多問題，如分解產(chǎn)物和氮化合物在再循環(huán)的液體中累積而引起的抑制作用。此外，與使用完全混合罐有關(guān)的問題是所有微生物菌株生活在具有均質(zhì)條件的同一空間中，因此，反應(yīng)條件必須根據(jù)消化鏈最慢步驟(即甲烷生成)進(jìn)行優(yōu)化。在這種情況下，活性微生物的活動在消化鏈的其他步驟中不是最佳的。

已開發(fā)了基于所謂的干發(fā)酵工藝的生物氣生產(chǎn)技術(shù)用于加工較干的廢物部分。這些工藝可以在與傳統(tǒng)生物氣技術(shù)相比顯著更高的干物質(zhì)含量下運(yùn)行。因此，可以實(shí)現(xiàn)顯著更高的每反應(yīng)器體積的能量收率。

基于干法工藝實(shí)施生物氣設(shè)備(plant)的一種方法是基于所謂的推流原理運(yùn)行的生物氣反應(yīng)器。基于推流原理運(yùn)行的生物氣反應(yīng)器大多數(shù)時候是臥式罐反應(yīng)器，從反應(yīng)器的一端向反應(yīng)器中進(jìn)料生物質(zhì)，并從反應(yīng)器的另一端移出加工后的材料。在加工過程中，材料因此通過基于推式流(plug-type flow)的臥式反應(yīng)器?；谕屏髟磉\(yùn)行的生物氣反應(yīng)器可以在與傳統(tǒng)生物氣工藝相比顯著更高的干物質(zhì)含量(例如干物質(zhì)含量為10％至30％)下運(yùn)行。該工藝因此能夠?qū)崿F(xiàn)寬泛的原始基料(raw material base)(可加工較干的材料)、更高的每反應(yīng)器體積的能量收率和更緊湊的反應(yīng)器結(jié)構(gòu)(反應(yīng)器體積被較少水占據(jù)，每反應(yīng)器體積更多的有機(jī)物質(zhì)被消化)。此外，在傳統(tǒng)生物氣工藝中引起沉降問題的許多材料，如塑料塊和紙塊以及與生物氣混合的 沙子，在基于推流原理運(yùn)行的生物氣反應(yīng)器中未引起類似的問題。

基于推流原理運(yùn)行的生物氣反應(yīng)器(特別是在高干物質(zhì)含量下運(yùn)行反應(yīng)器時)的挑戰(zhàn)是混合的布置。通過混合反應(yīng)器中的內(nèi)容物，確保微生物與待分解的材料之間無障礙的接近(“接種(inocluation)”)，并且防止分解產(chǎn)物在緊鄰微生物的地方累積。根據(jù)圖1，在消化鏈的各個步驟中生成的降解產(chǎn)物的累積抑制(即減緩)微生物的分解作用和甲烷的生成，或者也可能完全阻止這些。反應(yīng)器內(nèi)容物的混合有助于局部“稀釋”分解產(chǎn)物以及它們的傳遞以變成可用于其他微生物。

在較早期的基于推流原理運(yùn)行的生物氣反應(yīng)器技術(shù)中，大多數(shù)時候使用在反應(yīng)器的縱向上設(shè)置的混合軸來實(shí)施混合。公開物US 7,659,108 B2提出了推流反應(yīng)器，其中使用支撐在一個軸上的攪拌葉片來混合反應(yīng)器中含有的生物材料。然而，與這種結(jié)構(gòu)相關(guān)的問題是難以使每一個反應(yīng)的條件最佳化。當(dāng)厭氧消化工藝包括幾個不同的反應(yīng)步驟時，如圖1中所示，這對于微生物活動的效率是不利的。

現(xiàn)有技術(shù)中還已知公開物US 2010/0062482 A1提出了用于生產(chǎn)生物氣的臥式管狀反應(yīng)器。在該反應(yīng)器中，部分已通過反應(yīng)器的生物材料和水從反應(yīng)器的末段返回到反應(yīng)器的開始部分。在反應(yīng)器的最后部分中，產(chǎn)甲烷的微生物在微生物群體中占大多數(shù)，而不是水解步驟的微生物占大多數(shù)，該水解步驟的微生物在反應(yīng)器的開始部分是特別需要的，用于提供有效的消化反應(yīng)。因此，用從反應(yīng)器的末段移出的消化物接種反應(yīng)器的開始部分對于提供有效的消化反應(yīng)不是最佳的可替代方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供由生物質(zhì)生產(chǎn)生物氣的方法，該方法比現(xiàn)有技術(shù)的方法更有效且更快速。本發(fā)明的特征性特征在于在該方法中使用機(jī)械進(jìn)料設(shè)備(25)將生物質(zhì)(16)作為進(jìn)料進(jìn)料至反應(yīng)空間(14)，同時使所述反應(yīng)空間(14)中含有的所述生物質(zhì)(16)作為推流在水平方向上前進(jìn)；所述反應(yīng)空間(14)分成有連續(xù)區(qū)段(24)，在每個所述區(qū)段中單獨(dú)混合生物質(zhì)(16)，用于將生物質(zhì)(16)進(jìn)料至區(qū)段特異性微生物菌株，并在所述反應(yīng)空間(14)中向前傳遞生物質(zhì)(16)，其中區(qū)段(24)的數(shù)量為至少三個，每個區(qū)段包含其自身的主 要微生物菌株；回收經(jīng)所述生物質(zhì)(16)的厭氧消化而產(chǎn)生的生物氣；其特征在于每個區(qū)段的微生物菌株在相應(yīng)區(qū)段的前段處進(jìn)料，并且在這些區(qū)段(24)中的至少兩個區(qū)段中，進(jìn)料為從區(qū)段(24)獲得的為高濃漿料的棄料。本發(fā)明的另一目的是提供用于由生物質(zhì)生產(chǎn)生物氣的反應(yīng)器，該反應(yīng)器比現(xiàn)有技術(shù)的反應(yīng)器更有效。本發(fā)明的特征性特點(diǎn)在于該反應(yīng)器包括界定生物質(zhì)(16)的反應(yīng)空間(14)的框架(12)，所述框架(12)為通道樣的并且對于生物質(zhì)(16)的推流是水平的，并且所述框架(12)具有至少三個連續(xù)區(qū)段(24)，所述區(qū)段(24)包括它們的微生物菌株；混合設(shè)備(20)，其用于混合生物質(zhì)(16)并將微生物進(jìn)料到生物質(zhì)(16)以及在所述反應(yīng)空間(14)中向前傳遞生物質(zhì)(16)；回收設(shè)備(22)，其用于在微生物消耗生物質(zhì)(16)的有機(jī)材料的同時回收產(chǎn)生的生物氣；其特征在于所述混合設(shè)備(20)包括棄料收集和進(jìn)料系統(tǒng)(56)，所述棄料收集和進(jìn)料系統(tǒng)(56)用于收集來自所述區(qū)段(24)的棄料并將其作為高濃漿料進(jìn)料到至少三個區(qū)段(24)。

根據(jù)本發(fā)明的方法的目的可以通過采用厭氧消化由生物質(zhì)生產(chǎn)生物氣的方法來實(shí)現(xiàn)，在該方法中，使用機(jī)械進(jìn)料設(shè)備將生物質(zhì)作為進(jìn)料進(jìn)料到反應(yīng)空間，同時使生物質(zhì)在反應(yīng)空間中作為推流在水平方向上前進(jìn)。在分成連續(xù)區(qū)段的反應(yīng)空間的每個區(qū)段中單獨(dú)混合生物質(zhì)以將生物質(zhì)進(jìn)料到區(qū)段特異性微生物菌株，并在反應(yīng)空間中進(jìn)一步傳遞生物質(zhì)，該反應(yīng)空間具有至少三個區(qū)段，每個區(qū)段包括其自身的主要微生物菌株。回收經(jīng)生物質(zhì)的厭氧分解所產(chǎn)生的生物氣。每個區(qū)段的微生物菌株在相應(yīng)區(qū)段的前段進(jìn)料，并且至少在這些區(qū)段中的兩個區(qū)段中，供料是從區(qū)段獲得的作為高濃漿料的棄料(reject)。采用區(qū)段特異性調(diào)節(jié)的條件，每個厭氧消化反應(yīng)可以在比現(xiàn)有技術(shù)方法更佳的條件下進(jìn)行。在本申請上下文中，“在……的前段”意為區(qū)段的開始處，即相對于生物質(zhì)行進(jìn)方向的反方向。進(jìn)料微生物菌株的位置決定區(qū)段的起點(diǎn)，因?yàn)槲⑸锞甑膹?qiáng)度在此位置顯著地增加。本發(fā)明的目的被實(shí)現(xiàn)，因?yàn)樵诿總€區(qū)段的前段供給微生物菌株增加了微生物菌株的濃度，并顯著加速了微生物菌株在此區(qū)段中生長至其最佳狀態(tài)，這反過來又促進(jìn)了由微生物提供的反應(yīng)并籍此生產(chǎn)生物氣。

有利地，微生物菌株在區(qū)段內(nèi)部作為棄料從區(qū)段的末段再循環(huán)至區(qū)段的開始處。這種再循環(huán)將在區(qū)段的末段處的濃微生物菌株傳遞到區(qū)段的開 始處，此處微生物菌株固有地為弱的。

有利地，通過混合設(shè)備進(jìn)料棄料。通過混合設(shè)備供給棄料以減少混合設(shè)備和生物質(zhì)之間的摩擦，并因此降低功率消耗。此外，每個區(qū)段中的生物質(zhì)可以接種有濃微生物菌株，所述濃微生物菌株在該區(qū)段中對于促進(jìn)反應(yīng)是需要的。使用其他方法在接近反應(yīng)器的中心接種正確的微生物菌株在技術(shù)上是非常困難的。同時，例如，部分進(jìn)料可以通過混合設(shè)備進(jìn)料到接近反應(yīng)器的中心。

高濃漿料的干物質(zhì)含量范圍可以是3％至35％，有利地是10％至20％。作為高濃漿料傳遞到此區(qū)段之前的區(qū)段的生物質(zhì)具有豐富含量的該區(qū)段微生物菌株，其因此可以被移動到該區(qū)段的開始處，在此微生物菌株將固有的更弱。厭氧消化鏈的反應(yīng)中涉及的微生物菌株的大部分主要生活在固體材料的表面上，而不是在液體“棄料”中，該液體“棄料”已在其他用途中被用作“接種劑”。

有利地，使用真空將棄料作為底部產(chǎn)物從區(qū)段中移出。真空也能夠傳遞高濃漿料。作為底部產(chǎn)物的排放物能夠利用反應(yīng)空間中存在的液體靜壓力進(jìn)行傳遞。

有利地使用單泵產(chǎn)生真空，并將真空施加至閥系統(tǒng)的所選區(qū)段。通過使用單泵，反應(yīng)器可以在顯著較低的投資成本下實(shí)施。

每隔一定間隔可以在區(qū)段的前段經(jīng)由棄料收集和進(jìn)料系統(tǒng)將棄料向后進(jìn)料到吸入閥以保持棄料收集和進(jìn)料系統(tǒng)清潔。這種后進(jìn)料可以有效地防止收集系統(tǒng)的阻塞。換句話說，有時可以經(jīng)由排放連接器將棄料向后進(jìn)料至取得該棄料的區(qū)段。

混合設(shè)備可以由旋轉(zhuǎn)葉片元件組成，并且位于生物質(zhì)的行進(jìn)方向上最后的區(qū)段的混合設(shè)備可以以與其他區(qū)段的混合設(shè)備的運(yùn)行方向相反的方向運(yùn)行。相反的混合方向促進(jìn)由固體生物質(zhì)在產(chǎn)甲烷過程中生成的生物氣氣泡的釋放。

有利地，通過向后旋轉(zhuǎn)混合設(shè)備對生物質(zhì)進(jìn)行接種。在這種情況下，“向后”表示以如下方式旋轉(zhuǎn)混合設(shè)備：朝反應(yīng)器的開始部分施加該旋轉(zhuǎn)混合設(shè)備用于移動生物質(zhì)的力，至少生物質(zhì)的主要部分在所述反應(yīng)器的開始部分處進(jìn)料到反應(yīng)器。通過在反應(yīng)器中向后移動待消化的生物質(zhì)，可以確保微 生物菌株散布于待分解的原料，并且分解產(chǎn)物遠(yuǎn)離微生物周圍的區(qū)域移動。

根據(jù)一個實(shí)施方案，通過混合設(shè)備將液體進(jìn)料進(jìn)料到反應(yīng)器。以這種方式，根據(jù)進(jìn)料所需的加工時間可以將進(jìn)料進(jìn)料到反應(yīng)器中所選位點(diǎn)。換句話說，例如，反應(yīng)器的第一區(qū)段可以被排除以用于簡單分解原料，以這種方式減少生物質(zhì)在反應(yīng)器中的停留時間。

有利地，在每個區(qū)段中區(qū)段特異性地調(diào)節(jié)生物質(zhì)的溫度。區(qū)段特異性溫度調(diào)節(jié)能夠?qū)崿F(xiàn)更準(zhǔn)確的條件優(yōu)化，這提高生物氣產(chǎn)量。在本申請上下文中，溫度調(diào)節(jié)可以是指根據(jù)該條件加熱或冷卻生物質(zhì)。有利地，供給到反應(yīng)器的生物質(zhì)需要加熱，并且可以從在反應(yīng)器的末段排出的生物質(zhì)回收熱量，即，生物質(zhì)可以被冷卻，例如用于預(yù)熱供給的原料。

對每個區(qū)段的接種和加熱獨(dú)立地進(jìn)行監(jiān)測和控制。以這種方式，可以確保每個厭氧消化反應(yīng)可以在有利于該反應(yīng)的條件下進(jìn)行。采用獨(dú)立的控制，區(qū)段以及因此的反應(yīng)條件至少幾乎是相互獨(dú)立的。

可以從反應(yīng)空間的壁和/或底部進(jìn)料高濃漿料以有利于生物質(zhì)的流動。從壁和/或底部進(jìn)料的高濃漿料通過減少生物質(zhì)和反應(yīng)空間的內(nèi)表面之間的摩擦來減少使待分解的生物質(zhì)前進(jìn)所需的力。同時，供給的高濃漿料對反應(yīng)器中含有的生物質(zhì)進(jìn)行接種。

根據(jù)另一實(shí)施方案，可以從壁和/或底部進(jìn)料生物氣以有利于生物質(zhì)的流動。生物氣有效地使生物質(zhì)與反應(yīng)空間的壁和/或底部分離以及分離生物質(zhì)中含有的生物氣氣泡。這在反應(yīng)器的最后一個區(qū)段中是特別顯著的，因?yàn)樵摲椒ǚ乐股餁怆S著消化物被移出。

在根據(jù)本發(fā)明的方法中，該新型混合通過區(qū)段特異性地使用例如機(jī)械臥式或立式混合器混合反應(yīng)器的反應(yīng)空間中含有的生物質(zhì)來進(jìn)行，所述機(jī)械臥式或立式混合器的軸有利地相對于反應(yīng)器的方向橫向設(shè)置?；旌掀鞯臄?shù)量取決于反應(yīng)器的長度；一般而言，每個反應(yīng)器可以使用3至10個混合器。幾個混合器也可以存在于獨(dú)立的反應(yīng)器區(qū)段中。這種混合方法的一個優(yōu)點(diǎn)在于可以通過局部向前或向后移動漿料來區(qū)段特異性地?cái)噭臃磻?yīng)器?？梢詥为?dú)地調(diào)節(jié)每個混合器的運(yùn)行；即對于每個區(qū)段而言，反應(yīng)器的混合效率和方向以及溫度(介于20至55℃之間)均是可調(diào)節(jié)的?？梢跃植康厍覅^(qū)段特異性地(位于每個區(qū)段的區(qū)域內(nèi)的傳感器)實(shí)時監(jiān)測反應(yīng)器的條件(例 如pH、溫度、氣體產(chǎn)量)，可以將獲得的信息與混合操作和反應(yīng)器載量進(jìn)行比較。通過在區(qū)段前段的生物質(zhì)的行進(jìn)方向上向后移動作為高濃棄料的至少兩個區(qū)段的微生物菌株，確保在整個區(qū)段中具有足夠的微生物菌株群體。與早期的基于縱向混合軸的生物氣反應(yīng)器比較的差別在于微生物菌株可以在反應(yīng)器中局部地且區(qū)段特異性地移動，從而局部地增加在此區(qū)段區(qū)域中進(jìn)行的厭氧消化步驟中的活性微生物菌株。同時，反應(yīng)器的條件可以被區(qū)段特異性地優(yōu)化，并且該條件可以根據(jù)在消化鏈的不同步驟中涉及的微生物的最佳條件進(jìn)行局部優(yōu)化。因此，可以實(shí)現(xiàn)較好的消化結(jié)果并且使生物氣產(chǎn)量最大化。

根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器的目的可以使用一種反應(yīng)器來實(shí)現(xiàn)，該反應(yīng)器包括界定生物質(zhì)的反應(yīng)空間的框架，所述框架是通道樣的并且對于生物質(zhì)的推流是水平的，并且具有至少三個連續(xù)的區(qū)段，所述區(qū)段包括它們的微生物菌株。此外，反應(yīng)器包括用于混合生物質(zhì)和將微生物進(jìn)料到生物質(zhì)中以及使生物質(zhì)在反應(yīng)空間中前進(jìn)的混合設(shè)備，和用于在微生物消耗生物質(zhì)的有機(jī)材料的同時回收生成的生物氣的回收設(shè)備?；旌显O(shè)備包括用于從區(qū)段收集棄料并將其作為高濃漿料進(jìn)料到至少三個區(qū)段的棄料收集和進(jìn)料系統(tǒng)。采用這種反應(yīng)器，在每個厭氧消化反應(yīng)中使用的微生物的操作條件可以通過調(diào)節(jié)所涉及的區(qū)段的條件進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化的條件改進(jìn)微生物的活動從而加速生物質(zhì)分解成期望的終產(chǎn)物，即甲烷。棄料收集和進(jìn)料系統(tǒng)允許在區(qū)段的前段進(jìn)料棄料中含有的濃微生物菌株作為高濃漿料，其確保了在緊鄰此區(qū)段的開始部分具有足夠的微生物菌株。通過向每個區(qū)段進(jìn)料棄料，還可以降低混合設(shè)備所需的馬達(dá)功率。

有利地，使用相對于反應(yīng)器框架的縱向方向橫向設(shè)置的軸來實(shí)施混合設(shè)備以區(qū)段特異性地混合生物質(zhì)。橫向軸允許每個區(qū)段的獨(dú)立混合，而不管連續(xù)區(qū)段的數(shù)量如何。

有利地，棄料收集和進(jìn)料系統(tǒng)被布置成通過混合設(shè)備進(jìn)料作為高濃漿料的棄料，以便減少摩擦。同時，微生物菌株可以從區(qū)段的末段移動到區(qū)段的開始部分，或者必要的話可以從一個區(qū)段移動到另一個區(qū)段。必要的話，相同進(jìn)料設(shè)備可以用于用進(jìn)料供給反應(yīng)器，該進(jìn)料在供給到反應(yīng)器的開始部分時是不可用的，此反應(yīng)器的開始部分處的條件對于供給的進(jìn)料不 是最佳的。

棄料收集和進(jìn)料系統(tǒng)可以包括用于進(jìn)料干物質(zhì)含量為3％至35％、有利地為10％至20％的棄料的高濃漿料泵。因此，棄料含有足夠量的固體，在其表面上主要生活有產(chǎn)甲烷微生物(即負(fù)責(zé)生成甲烷的微生物菌株)。

根據(jù)一個實(shí)施方案，每個區(qū)段的混合設(shè)備的支撐和運(yùn)行元件位于框架的外部。因此，可以在反應(yīng)器的外部進(jìn)行混合設(shè)備的維護(hù)，這明顯利于維護(hù)。

有利地，反應(yīng)空間被分成對于厭氧消化的反應(yīng)步驟為特異性的區(qū)段，包括至少水解區(qū)段、酸發(fā)酵區(qū)段和產(chǎn)甲烷區(qū)段。因此，每個區(qū)段的條件可以針對每個區(qū)段進(jìn)行特異性優(yōu)化以優(yōu)化生物氣產(chǎn)量。有利地，水解區(qū)段的長度為反應(yīng)空間總長度的25％至35％，酸發(fā)酵區(qū)段的長度也為25％至35％，并且產(chǎn)甲烷區(qū)段的長度為反應(yīng)空間總長度的30％至50％。

當(dāng)提及區(qū)段特異性微生物菌株時，應(yīng)當(dāng)理解每個區(qū)段已混合不同區(qū)段的微生物群體。在水解區(qū)段中，對于水解是必需的微生物菌株占所有微生物數(shù)量的50％至95％，并且這同樣適用于酸發(fā)酵區(qū)段。產(chǎn)甲烷區(qū)段的微生物菌株更敏感，并因此，該微生物菌株占此區(qū)段的所有微生物菌株的30％至90％。

有利地，反應(yīng)器還包括用于單獨(dú)控制每個區(qū)段中的生物質(zhì)的溫度的獨(dú)立溫度控制設(shè)備。以這種方式，可以對生物質(zhì)的溫度進(jìn)行更準(zhǔn)確的調(diào)節(jié)，因此利于條件優(yōu)化。

有利地，框架包括用于使區(qū)段彼此支撐的框架籠?？蚣芑\確保反應(yīng)器結(jié)構(gòu)的總體剛性以及混合設(shè)備的軸的緊固點(diǎn)所需的支撐。

有利地，反應(yīng)器包括用于獨(dú)立地監(jiān)測和控制每個區(qū)段的接種、混合和加熱的設(shè)備。以這種方式，可以獨(dú)立于其他區(qū)段對每個區(qū)段進(jìn)行控制。

根據(jù)一個實(shí)施方案，反應(yīng)器包括用于將生物質(zhì)和/或生物氣從反應(yīng)空間的壁和/或底部進(jìn)料到生物質(zhì)中以利于流動的設(shè)備。通過進(jìn)料高濃漿料或生物氣，可以縮短反應(yīng)器框架和生物質(zhì)之間的部分，同時使生物質(zhì)接種。

有利地，反應(yīng)器框架包括副框架，這些副框架彼此相同，除了它們的長度和高度不同。這樣的結(jié)構(gòu)使得反應(yīng)器的生產(chǎn)是可負(fù)擔(dān)的。

有利地，副框架包括平面模塊，在每個副框架中所述平面模塊彼此是 相同的。模塊反應(yīng)器可以容易地被裝在海運(yùn)集裝箱中進(jìn)行運(yùn)輸并且在安裝位置快速安裝并在運(yùn)行條件下設(shè)置。

有利地，副框架形成直流通道，其用作反應(yīng)空間。通道樣結(jié)構(gòu)能夠使生物質(zhì)作為推流前進(jìn)。

根據(jù)一個實(shí)施方案，高濃漿料泵是軟管泵。這樣的泵特別適合用于泵送高濃漿料。

區(qū)段的數(shù)量可以是三個，有利地，在三至六個之間。因此，對于每個主要消化反應(yīng)具有至少一個區(qū)段，并且每個區(qū)段的條件對于各自的微生物菌株可以是最佳的。

在本申請上下文中，當(dāng)提及區(qū)段時，應(yīng)當(dāng)理解在本申請中提出的區(qū)段是反應(yīng)器組件，其每一個具有其自己的主要微生物菌株，并且有利地被獨(dú)立控制。個體區(qū)段可以包括一個或多個模塊副框架和混合設(shè)備件。區(qū)段的邊界可以根據(jù)供給的生物質(zhì)所產(chǎn)生的反應(yīng)區(qū)域而改變。有利地，區(qū)段邊界表示主要微生物菌株群體從一個群體變化為另一個群體的區(qū)域。不包括氣體空間，有利地，在區(qū)段之間不存在機(jī)械限制，如間壁或等同物；反而，供給的生物質(zhì)可以通過反應(yīng)器，無阻礙地通過不同區(qū)段。每個區(qū)段的條件有利地是不同的。此外，當(dāng)提及生物質(zhì)時，應(yīng)當(dāng)理解其表示供給至反應(yīng)空間并在其中進(jìn)行厭氧消化的原料，而消化物和棄料表示作為厭氧消化的終產(chǎn)物產(chǎn)生的高濃漿料，其從反應(yīng)空間排出。

根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器的新型結(jié)構(gòu)有利地基于預(yù)制模塊。模塊表示框架的混凝土板樣組件，其結(jié)合起來以形成通道樣副框架，當(dāng)這些副框架被連續(xù)放置時形成反應(yīng)器的框架。基于預(yù)制模塊的生物氣設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)包括例如設(shè)備的規(guī)模容易放大(通過增加副框架的數(shù)目和長度；即通過調(diào)節(jié)反應(yīng)器的尺寸)，設(shè)備可以快速地安裝在應(yīng)用位置并投入使用(與傳統(tǒng)生物氣設(shè)備方案比較，例如，所述傳統(tǒng)生物氣設(shè)備方案常在原地用水泥澆鑄)，并且生產(chǎn)具有標(biāo)準(zhǔn)尺寸的模塊能夠利用串聯(lián)作用(serial work)，這降低了生產(chǎn)成本。而且，模塊能夠使用標(biāo)準(zhǔn)海運(yùn)集裝箱實(shí)現(xiàn)容易的反應(yīng)器運(yùn)輸。在本申請上下文中，當(dāng)提及副框架時，表示框架的混凝土結(jié)構(gòu)，其中模塊形成副框架內(nèi)的反應(yīng)空間，而當(dāng)提及區(qū)段時，表示在調(diào)節(jié)和控制方面是獨(dú)立的結(jié)構(gòu)，并且這可以由一個或多個副框架組成。

根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器能夠以對應(yīng)為每天每體積(該體積對應(yīng)為一反應(yīng)器立方米)大約最多9kg有機(jī)物質(zhì)的量(9kg VS/m³/d)分解生物質(zhì)。該量根據(jù)進(jìn)料的特征可以發(fā)生明顯的變化。該結(jié)果按比例計(jì)多達(dá)現(xiàn)有技術(shù)反應(yīng)器的5倍。因此，可以抓住根據(jù)本發(fā)明的方法的益處，例如通過生產(chǎn)比現(xiàn)有技術(shù)方案所需的明顯更小的反應(yīng)器。

附圖說明

在下文通過參照附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明，附圖示出了本發(fā)明的一些實(shí)施方案，其中

圖1是示出生物質(zhì)從原料到最終產(chǎn)物的厭氧消化的基本視圖，

圖2是根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器的側(cè)向橫截面基本視圖，

圖3是根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器的基本橫截面端部視圖，

圖4是根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器的側(cè)向基本視圖，

圖5是根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器的一個實(shí)施方案的工藝流程圖。

具體實(shí)施方式

根據(jù)圖1，厭氧消化工藝包括幾個步驟100，其中微生物分解有機(jī)物質(zhì)。因?yàn)槊總€反應(yīng)最好是在對于所涉及的反應(yīng)為最佳的條件下進(jìn)行，在生物氣生產(chǎn)中有效地利用厭氧消化在很大程度上取決于各個子過程的優(yōu)化。在有利于多糖的水解102和發(fā)酵的條件下，pH范圍大約為6.5至7。在有利于糖的發(fā)酵(即酸發(fā)酵104)的條件下，pH范圍大約為5至6。在有利于乙酸的生成106的條件下，pH范圍大約為6.5至7.5。在有利于甲烷的生成108(即產(chǎn)甲烷)的條件下，pH范圍大約為6.5至8.0。如果pH低于6，則對于產(chǎn)甲烷是必需的微生物菌株被殺死。此外，對于水解步驟，如果漿料的氧含量低，這是有用的，然而氧對于產(chǎn)甲烷步驟中的微生物是極其有毒的。此外，在產(chǎn)甲烷和產(chǎn)乙酸步驟中涉及的微生物對于抑制劑(例如短鏈脂肪酸、氨)的累積是非常敏感的。例如，在該過程中使用的溫度范圍可以為35-37℃或約為55℃。然而，溫度可以根據(jù)進(jìn)料和所使用的微生物菌株而改變。因?yàn)樵谠摲椒ㄖ杏米髟系纳镔|(zhì)的組成可以明顯改變，所以厭氧消化中包括的反應(yīng)也可以改變。

下文是對根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)更詳細(xì)的描述。根據(jù)圖2，根據(jù) 本發(fā)明的反應(yīng)器10由模塊框架12組成。更精確地，模塊框架12有利地包括3至10個副框架46，其在水平面上形成界定反應(yīng)空間14的反應(yīng)器的通道樣框架12，在該反應(yīng)空間中生物質(zhì)16經(jīng)由厭氧消化被分解成生物氣和消化物。必要的話，副框架的數(shù)量可以明顯大于10。副框架46是具有相等直徑和形狀的通道樣結(jié)構(gòu)，并且僅副框架46的長度可以在生物質(zhì)的行進(jìn)方向上發(fā)生改變。例如，副框架的寬度可以是2.2米，在這種情況下，僅副框架的高度和長度根據(jù)反應(yīng)器所需的體積發(fā)生改變。在本申請上下文中，反應(yīng)器10的縱向方向表示與生物質(zhì)16作為推流在反應(yīng)空間中前進(jìn)的行進(jìn)方向相同的方向。形成副框架的模塊可以是預(yù)制的、表面加工的和絕緣的。有利地，副框架46被外部梁結(jié)構(gòu)50鎖在適當(dāng)?shù)奈恢?，并用密封條彼此封住，如圖4中所示。梁結(jié)構(gòu)50鎖住副框架46以形成反應(yīng)器10的連續(xù)框架12。副框架46的形狀可以例如是正方形，并且被這些界定的反應(yīng)空間14的橫截面也可以是四邊形或正方形。另一方面，反應(yīng)空間14的橫截面也可以是任何其他形式；然而，四邊形及其變體就技術(shù)實(shí)施而言是最簡單的。

除了框架12外，反應(yīng)器10包括混合設(shè)備20，其用于混合在框架12內(nèi)含有的用作原料的生物質(zhì)16。根據(jù)本發(fā)明，每個區(qū)段24有利地包括其自己的混合設(shè)備20，如圖3所示，其可以由葉片混合器36組成，葉片混合器36由在相對于反應(yīng)器10的縱向方向橫向地設(shè)置的通過副框架46的軸48支撐。區(qū)段24是指一個或多個副框架46的控制和調(diào)節(jié)單元，其中條件可以被調(diào)節(jié)成適應(yīng)在該區(qū)段區(qū)域內(nèi)占大多數(shù)的主要微生物菌株的微生物活動。根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施方案，每個區(qū)段24包括其自己的至少一個葉片混合器36，該葉片混合器36能夠單獨(dú)地控制每個區(qū)段的生物質(zhì)的混合。可選地，可以應(yīng)用混煉螺桿(mixing screw)或等同的機(jī)械裝置來代替葉片混合器，其可以用于將生物質(zhì)移動到反應(yīng)空間中的不同方向上。根據(jù)圖1，葉片混合器36的數(shù)量可以與副框架46的數(shù)量相等。因此，區(qū)段24的數(shù)量也可以是相等的。

圖3是根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器的橫截面端部視圖。有利地，混合設(shè)備20的支撐件可以被布置在與梁框架相連的反應(yīng)器10中。在這種情況下，每個葉片混合器36的傳動齒輪66和軸48的軸承64位于反應(yīng)器10的框架12 的外部。這大大地利于混合設(shè)備20的維護(hù)。

反應(yīng)器10還可以包括溫度調(diào)節(jié)設(shè)備18(在圖5中示出)，其用于將生物質(zhì)16的溫度調(diào)節(jié)至對于微生物活動是最佳的溫度。使用相對于區(qū)段是獨(dú)立的混合和溫度控制設(shè)備，可以使得條件和混合對于每個區(qū)段中的微生物活動是最佳的。例如，溫度控制設(shè)備18可以由安裝在副框架的模塊52中的電阻組成，其用于加熱副框架46的結(jié)構(gòu)并因此加熱生物質(zhì)16。加熱對于頭兩個區(qū)段是重要的，而在這些之后的一個或多個發(fā)生產(chǎn)甲烷反應(yīng)的區(qū)段中，加熱生物質(zhì)不再是絕對必要的，或者甚至可以對其進(jìn)行冷卻，而不顯著影響生物氣的收率?？梢允褂冒ㄔ跍囟瓤刂圃O(shè)備中的熱交換器進(jìn)行冷卻，舉例來說，熱交換器可以預(yù)熱供給至反應(yīng)器的生物質(zhì)。燃?xì)忮仩t也可以用于加熱以加熱在熱循環(huán)系統(tǒng)中使用的水，其可以有利地在三個或更多個區(qū)段特異性回路中被控制。

為了回收作為產(chǎn)物獲得的生物氣，反應(yīng)器10包括用于從反應(yīng)空間14收集生物氣的回收設(shè)備22?；厥赵O(shè)備22可以由構(gòu)建在框架54的上部的管道系統(tǒng)54(在圖2中示出)組成，用于在儲存罐或等同物中回收生成的生物氣。此外，反應(yīng)器10可以包括用于將生物質(zhì)16進(jìn)料到副框架46中的機(jī)械進(jìn)料設(shè)備25。進(jìn)料設(shè)備可以由螺旋輸送機(jī)或等同物組成，其將生物材料進(jìn)料到第一副框架中。根據(jù)一個替代實(shí)施方案，反應(yīng)器可以包括進(jìn)料漏斗，通過該進(jìn)料漏斗將原料供給至反應(yīng)器。

在根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器中，混合設(shè)備20包括圖2的棄料收集和進(jìn)料系統(tǒng)56。棄料收集和進(jìn)料系統(tǒng)56被布置在副框架46的下部，并且該收集和進(jìn)料系統(tǒng)56用于收集來自分解待進(jìn)料到區(qū)段24的前段的生物質(zhì)16的棄料。該收集和進(jìn)料系統(tǒng)在圖3中未示出；然而，應(yīng)當(dāng)理解副框架包括這樣的設(shè)備。在本申請上下文中，棄料表示高濃漿料。高濃漿料的干物質(zhì)含量的范圍為3％至35％，有利地為10％至20％。另一方面，干物質(zhì)含量范圍為3％至5％的漿料在某些語境中也可以被稱為低濃漿料。根據(jù)圖2，收集和進(jìn)料系統(tǒng)56有利地包括單個高濃漿料泵57，其用于在管道系統(tǒng)內(nèi)傳遞棄料。布置在管道系統(tǒng)中的閥系統(tǒng)88根據(jù)反應(yīng)器10的控制系統(tǒng)的控制打開期望的區(qū)段24的閥82和84，并關(guān)閉其他區(qū)段24的閥82和84。有利地，在區(qū)段的前段的棄料供給表示棄料供給到位于棄料排放連接器前面的進(jìn)料 連接器；然而，在一些情況中，棄料甚至也可以供給到相對于位于排放連接器之前的進(jìn)料連接器位于更前面的進(jìn)料連接器。有利地，棄料從反應(yīng)器的底部被吸出，因?yàn)樵诜磻?yīng)器中存在的液體固有地形成液體壓力，其利于棄料的傳遞。

因?yàn)闂壛系氖占欣厥墙臃N的一部分，必須確保棄料收集和進(jìn)料系統(tǒng)保持清潔并且處于良好運(yùn)行條件。出于此目的，棄料有時可以經(jīng)由排放連接器向后進(jìn)料到取得棄料的區(qū)段。以這種方式，防止管道系統(tǒng)的堵塞。例如，可以一天兩次或者在一個或多個泵的吸入側(cè)檢測到阻礙物時(自動化系統(tǒng)監(jiān)測流速并自動使用逆向流試圖移除阻礙物)進(jìn)行清潔供給。

從區(qū)段移出的棄料可以在高壓力下沿著圖3所示的管道系統(tǒng)40供給到位于葉片混合器36的空心軸48內(nèi)的通道，并進(jìn)一步供給到葉片混合器36的葉片45。在本申請上下文中，高壓力表示0.2至20巴的壓力。葉片可以包括噴嘴，當(dāng)使用葉片混合器時棄料通過該噴嘴供給到生物材料中?？蛇x地，代替棄料或者除了棄料之外，可以通過混合設(shè)備進(jìn)料液體生物質(zhì)作為進(jìn)料。

根據(jù)一個實(shí)施方案，反應(yīng)器還包括圖2中示出的用于減少生物質(zhì)和反應(yīng)空間中含有的生物質(zhì)之間的摩擦的設(shè)備30，所述設(shè)備30包括根據(jù)圖2的設(shè)備58，該設(shè)備用于例如使用泵將高濃漿料和/或生物氣從圖4的副框架46的壁44或底部42進(jìn)料到副框架46。供給的高濃漿料和/或生物氣減少副框架46中含有的生物質(zhì)16和模塊52之間的摩擦，這反過來又降低混合設(shè)備20的功率需求。高濃漿料和/或生物氣可以以逐點(diǎn)方式供給，在該情況中，供給到生物質(zhì)中的高濃漿料和/或生物氣置換生物質(zhì)，并在其中形成開口，因此改進(jìn)待在反應(yīng)空間中分解的生物質(zhì)的前進(jìn)。有利地，高濃漿料為生物質(zhì)棄料。雖然高濃漿料和/或生物氣減少生物質(zhì)和反應(yīng)器框架之間的摩擦，其同時也使反應(yīng)器接種。此外，液體/氣體的混合“釋放”與固體鍵合的氣體并確保甲烷不隨著棄料被移出。

在本申請上下文中，應(yīng)當(dāng)理解除了提供混合之外，混合設(shè)備如葉片混合器也用作進(jìn)一步推動生物質(zhì)作為推流的主元件。根據(jù)一個實(shí)施方案，框架的內(nèi)表面可以涂有例如等同于特氟龍涂層的涂層，其減少生物材料和框架之間的摩擦并防止生物材料附著于框架的內(nèi)表面。

有利地，根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器包括相當(dāng)多數(shù)量的測量傳感器，其實(shí)時監(jiān)測每個區(qū)段的條件。待測量的參數(shù)包括至少每個區(qū)段中的pH和溫度以及反應(yīng)器的總體氣體產(chǎn)量?；谶@些，至少對于混合設(shè)備、溫度控制設(shè)備和棄料供給對于每個區(qū)段特異性地形成單獨(dú)的控制參數(shù)。有利地，基于相同標(biāo)準(zhǔn)，對于減少摩擦的設(shè)備也建立控制參數(shù)。在生物質(zhì)中包含的有機(jī)物質(zhì)的量也可以是測量客體。

在根據(jù)本發(fā)明的方法中，反應(yīng)空間的大部分被液體和生物質(zhì)填充，從而使得供給到反應(yīng)空間的新的原料(即待分解的生物質(zhì))被進(jìn)料到液面下方。這保證空氣不會進(jìn)入具有生物質(zhì)的反應(yīng)空間，空氣將破壞微生物菌株進(jìn)行厭氧消化。雖然出于清楚的目的在圖3中未示出液面和生物質(zhì)，應(yīng)當(dāng)理解反應(yīng)空間被生物質(zhì)幾乎填充到頂端并且液面從反應(yīng)器頂端延伸約20cm的距離。在反應(yīng)器中以使得液體總是保持在所需的水平下的方式控制消化物的移出。在反應(yīng)器的活化期間微生物菌株自身可以從例如另一反應(yīng)器傳遞到反應(yīng)空間。供給的生物質(zhì)可以是在社區(qū)、農(nóng)業(yè)或工業(yè)中生成的生物可降解的生物質(zhì)，如動物肥料，家庭、餐館、貿(mào)易或食品工業(yè)產(chǎn)生的生物廢物，來自廢水處理的淤泥，植物生物質(zhì)或等同物；然而，不為具有高木質(zhì)素含量的材料，如木紙漿。

有利地，反應(yīng)空間中的漿料的干物質(zhì)含量的范圍可以為10％至35％，但比這更干的材料很難混合。干物質(zhì)含量隨著趨向于已進(jìn)行進(jìn)一步分解的反應(yīng)器的末段而降低?？梢岳缡褂寐菪M(jìn)料器將生物質(zhì)供給到反應(yīng)空間。例如，進(jìn)料可以一天24小時每隔一小時進(jìn)行，取決于有機(jī)物質(zhì)的數(shù)量和用作原料的生物質(zhì)的生物降解性。

在根據(jù)本發(fā)明的方法中，根據(jù)圖2，生物質(zhì)16可以以四種不同方式進(jìn)行接種：通過旋轉(zhuǎn)混合設(shè)備20，通過使用棄料收集和進(jìn)料系統(tǒng)56通過混合設(shè)備20進(jìn)料棄料，通過使用用于減少摩擦的設(shè)備30從反應(yīng)器10的框架12的側(cè)面和/或底部進(jìn)料高濃漿料和/或生物氣，或者通過在將進(jìn)料進(jìn)料至反應(yīng)器之前將棄料添加至進(jìn)料。當(dāng)厭氧消化反應(yīng)在反應(yīng)空間中進(jìn)行時，連續(xù)監(jiān)測氣體產(chǎn)量、pH和溫度，而出于節(jié)能的目的，接種和混合有利地是間歇性的。作為這些變化的結(jié)果，反應(yīng)器的混合和加熱、生物質(zhì)供給和棄料供給由棄料收集和進(jìn)料系統(tǒng)控制。例如，如果監(jiān)測到pH降低至不足的水平 或氣體產(chǎn)量在區(qū)段區(qū)域內(nèi)降低，可以通過改進(jìn)該區(qū)段中的混合并通過向該區(qū)段中增加或減少棄料供應(yīng)來局部影響條件。

混合設(shè)備20的目的是用于使生物質(zhì)16在反應(yīng)空間14中前進(jìn)以及混合生物質(zhì)16以使微生物接受新鮮的營養(yǎng)。如果混合進(jìn)行得不夠頻繁，在微生物周圍產(chǎn)生可以抑制微生物活動的分解產(chǎn)物層。例如，每隔一小時可以進(jìn)行混合15分鐘，同時將棄料進(jìn)料到區(qū)段。有利地，除了提供前進(jìn)力的混合方向之外，可以在反方向上進(jìn)行混合，這提供不同類型的混合。例如，當(dāng)使用葉片混合器，平行混合總是將某個地方的生物質(zhì)移動到相對于葉片混合器的某個方向。混合方向的變化添加不同的混合方向，這改進(jìn)生物質(zhì)混合、微生物接種和有機(jī)原料對微生物的獲得。通常，生物質(zhì)在反應(yīng)器中的通過時間可以是11至50天，取決于用作原料的生物質(zhì)。

根據(jù)測量的值確定混合及其方向；然而，通常略早于開始使生物質(zhì)前進(jìn)的混合之前進(jìn)行向后混合?；旌系男蕦τ诜磻?yīng)空間中的每個區(qū)段而言是可變的。在最后一個區(qū)段中，混合有利地是最有效的，以允許甚至從排出反應(yīng)空間的消化物分離剩余的生物氣，剩余的生物氣可能作為氣泡存在于位于所謂的氣體口袋中的固體消化物內(nèi)。這對于實(shí)現(xiàn)有效的生物氣回收并防止甲烷隨著消化物逸出到大氣中是重要的，其中甲烷是強(qiáng)溫室效應(yīng)氣體。有利地，在最后一個區(qū)段中，以與其他區(qū)段相比為反方向的方向旋轉(zhuǎn)混合設(shè)備，用于改進(jìn)混合。從反應(yīng)器中移出的消化物可以被遞送至分離單元，其中使液體與其分離。該液體可以用于清潔例如棄料收集和進(jìn)料系統(tǒng)。

在反應(yīng)空間不含氧的條件下，微生物活動提供生物質(zhì)的厭氧消化，厭氧消化根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)包括水解、酸發(fā)酵(產(chǎn)酸)、乙酸生成(產(chǎn)乙酸)和甲烷生成(產(chǎn)甲烷)步驟。單獨(dú)的步驟及其相關(guān)的反應(yīng)在反應(yīng)空間中逐漸地并彼此部分重疊地發(fā)生。有利地，水解和產(chǎn)酸主要是在反應(yīng)空間的開始部分發(fā)生，而產(chǎn)乙酸和產(chǎn)甲烷主要在反應(yīng)空間的末段發(fā)生。作為這些反應(yīng)的結(jié)果，可以由生物質(zhì)產(chǎn)生含約50％-75％(v/v)的甲烷(CH₄)的生物氣作為終產(chǎn)物，而其余部分主要由二氧化碳(CO₂)組成。除了這些之外，終產(chǎn)物可以含有少量的其他氣體和雜質(zhì)，如100-3,000ppm的硫化氫(H₂S)。根據(jù)生物氣的最終用途，如果生物氣被用作例如道路運(yùn)輸用途的燃料，可以對用該方法獲得的生物氣進(jìn)行純化以除去二氧化碳。另一方面，如果生物氣被用于燃燒鍋 爐用于能量和區(qū)域熱產(chǎn)生，可以就這樣使用生物氣。作為分解反應(yīng)的結(jié)果，進(jìn)料中含有的50％至90％的有機(jī)物質(zhì)在反應(yīng)空間中被轉(zhuǎn)化成生物氣和液體。必要的話，作為副產(chǎn)物產(chǎn)生的消化物可以進(jìn)行干燥或以其他方式進(jìn)一步加工并用于例如施肥目的或作為土壤調(diào)理劑。

根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器的尺寸可以根據(jù)應(yīng)用而改變。例如，反應(yīng)器的大小可以為0.5m x 0.5m x 1.5m；然而，其可以放大至12m x 12m x 36m或更大的大小等級。與大的反應(yīng)器大小相關(guān)，一些進(jìn)料裝置可以用于實(shí)現(xiàn)均勻供給。在此，12m是指反應(yīng)器的高度和寬度，36m是指反應(yīng)器在反應(yīng)空間的縱向方向上的長度。

可以例如使用常規(guī)PC作為使用者平臺用于實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器的控制，在該平臺上運(yùn)行反應(yīng)器的控制軟件。在PC和制動器、傳感器和控制所需的其他裝置如閥之間提供用于數(shù)據(jù)傳送的場地總線。根據(jù)本發(fā)明的方法可以是全自動的，在這種情況中，軟件基于符合預(yù)選規(guī)則的預(yù)選標(biāo)準(zhǔn)控制反應(yīng)器的運(yùn)行。

圖5作為工藝流程圖顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的反應(yīng)器以及與該反應(yīng)器相關(guān)的輔助設(shè)備。在該實(shí)施方案中，該工藝始于進(jìn)料盤72，固體生物質(zhì)有利地成捆供給至該進(jìn)料盤72，使用拆捆機(jī)73將捆破碎成較小的碎屑。進(jìn)料從拆捆機(jī)73降落到旋轉(zhuǎn)進(jìn)料器70，其以預(yù)設(shè)的一定間隔例如每小時一次將進(jìn)料經(jīng)由進(jìn)料連接器71供給至反應(yīng)器10。進(jìn)一步破碎進(jìn)料的壓碎機(jī)管(crusher pipe)位于進(jìn)料連接器71中。除了固體生物質(zhì)之外，可以通過線路75向進(jìn)料連接器71供給反應(yīng)器的液體棄料。也可以向反應(yīng)器10供給可以儲存在罐76中的液體進(jìn)料，如脂類?？梢越?jīng)由棄料收集和進(jìn)料系統(tǒng)56的高濃漿料泵57將液體進(jìn)料遞送至反應(yīng)器。

根據(jù)圖5，反應(yīng)器10可以包括四個機(jī)械混合器，其可以是在該連接方式中的葉片混合器36。每個葉片混合器36有利地提供有其自身的發(fā)動機(jī)65及變頻器，其可以用于調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)速度。例如，單獨(dú)的發(fā)動機(jī)的輸出可以為4kW，旋轉(zhuǎn)速度為6轉(zhuǎn)/分鐘。反應(yīng)器10的框架12被分成至少三個區(qū)段24；即水解區(qū)段、酸發(fā)酵區(qū)段和產(chǎn)甲烷區(qū)段。在每個區(qū)段24中，使用棄料收集和進(jìn)料系統(tǒng)56將棄料供給至該區(qū)段的前段。根據(jù)圖5，棄料有利地經(jīng)由排放連接器60從區(qū)段24移出并作為高濃漿料利用由高濃漿料泵57產(chǎn)生 的真空供給到收集和進(jìn)料系統(tǒng)56。例如，在第三葉片混合器36'，當(dāng)排放閥82'是打開的時候，棄料經(jīng)由排放連接器60'移出。棄料經(jīng)由高濃漿料泵57傳遞并經(jīng)由打開的進(jìn)料閥84'供給至棄料進(jìn)料連接器62'。在這種情況中，棄料進(jìn)料連接器62'有利地位于葉片混合器36'的葉片上。通常，參考編號62是指進(jìn)料連接器，參考編號82是指排放閥，參考編號84是指進(jìn)料閥。

換句話說，每個區(qū)段的微生物菌株有利地在區(qū)段內(nèi)再循環(huán)，以使微生物菌株作為棄料從區(qū)段移出并有利地經(jīng)由混合設(shè)備送回至該區(qū)段。在每個區(qū)段中，棄料排放連接器位于距將棄料送回至該區(qū)段的混合設(shè)備或棄料進(jìn)料連接器一定距離的地方。該距離根據(jù)反應(yīng)器的規(guī)模而改變；然而，進(jìn)料連接器和棄料排放連接器有利地位于對應(yīng)于區(qū)段長度的0.2至0.6倍的距離，棄料排放連接器盡可能地靠近該區(qū)段的末段。該距離能夠使微生物菌株在該區(qū)段內(nèi)自然發(fā)育。

使用泵68將分解的生物質(zhì)或消化物從反應(yīng)器10的末段(即最后一個區(qū)段24)移出。當(dāng)超出預(yù)選的液面時，基于反應(yīng)器10的液面計(jì)的測量結(jié)果使用該泵。移出的消化物有利地被遞送至干消化物儲存單元，其中使用基質(zhì)管分離干物質(zhì)和液體?？梢栽跉怏w儲存單元78中回收在反應(yīng)器中生成的生物氣。有利地，還提供與氣體儲存單元連接的冷凝井81，向其中收集在100％濕氣下從生物氣中冷凝的水?？梢杂萌?xì)忮仩t74將部分生物氣用于加熱反應(yīng)器的液體加熱回路77。