专利名称：厌氧反应器的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于生物气(沼气)厌氧生产的反应器，具体地，涉及包括多于一个填充或流化床或层的厌氧反应器。
背景技术：
厌氧消化(厌氧发酵(anaerobic digestion))是其中微生物在不存在氧的情况下分解生物可降解材料的一系列过程。有三种主要厌氧消化产物生物气、厌氧消化物(digestate)和水。通过厌氧消化或生物可降解材料的发酵所产生的生物气(沼气)主要包括甲烷和二氧化碳。生物气中的甲烷可以燃烧以产生热和电。厌氧消化物包括进入消化器中的微生物不能使用的原始进料的固体残余。它还包括来自消化器内的死细菌的矿化残余。厌氧消化系统所产生的水来源于投料生物质的含水量以及消化过程中所产生的水。可以用厌氧消化处理几乎任何有机材料，包括生物可降解废物材料，如废纸、草屑、剩饭、污水、动物排泄物和液体废物。还可以将专门种植的能源作物进料到厌氧消化器中，如生物气生产专用的青贮料。厌氧消化特别适合于湿润的有机材料并且通常用于排放液和污水处理。由于厌氧消化造成进料体积和质量的减小一可以大大降低否则将可能注定会被掩埋或在焚烧炉中焚烧的有机物的量的工艺，因此厌氧消化广泛用于处理废水淤泥和有机废物。另外，由于该过程产生了适合于能源生产的富含甲烷和二氧化碳的生物气，因此在可再生能源的生产中使用了厌氧消化。可以使用厌氧消化设施中所产生的甲烷和电力来替代来源于化石燃料的能源，并因此减少温室气体的排放。这是由于以下事实生物可降解材料中的碳是碳循环的一部分。不久前，植物从大气中除去由生物气燃烧所释放到大气中的碳以用于它们的生长。这可以发生在最近十年内，但更通常地发生在上个生长季内。如果植物是再生的，它将再次从大气中除去碳，那么该系统将是碳中性的。这与在地球中已截存了数百万年的化石燃料中的碳形成对比，化石燃料中碳的燃烧提高了大气中二氧化碳的总体水平。作为肥料，厌氧消化后的富营养固体(厌氧消化物)残余是有价值的。多种不同的细菌与厌氧消化过程有关。这些包括水解细菌、有机酸形成细菌(产酸菌);乙酸形成细菌(产乙酸菌);和甲烷形成古细菌(产甲烷菌)。这些生物以初始原料为生，在最终转化为生物气之前初始原料经历了将其转化为包括糖、氢气和乙酸在内的中间体分子的多种不同过程(图I)。一般说来，进料或生物质是由大有机聚合物组成的。很多细菌不能利用这些大有机聚合物，因此很难获得该材料的能源潜力。厌氧消化过程是从如蛋白质、脂肪和碳水化合物的这些大有机分子的细菌水解开始的，它们被分解为如氨基酸、甘油、长链脂肪酸和糖的小分子。因此，细菌水解使得该进料对其它细菌可用。随后，产酸细菌将水解产物(糖、氨基酸等)转化为有机酸，如挥发性脂肪酸。在该阶段还形成了氢和二氧化碳。随后，产乙酸细菌将所得的有机酸转化为乙酸以及额外的氨、氢和二氧化碳。最终，分解乙酸的产甲烷菌将乙酸转化为甲烷和二氧化碳。同时，另一类产甲烷菌(氢利用产甲烷菌)将二氧化碳和氢重·组为甲烧和水(参见图I)。
如上所指出的，有四类组成厌氧生物质的细菌。为了实施厌氧消化过程，必须将包括这四类细菌的厌氧生物质保持在反应器内。将厌氧细菌保持在反应器内使得反应器能够以较高的有机物加载速率运行。高速率厌氧反应器对于进料或有机材料的水力学保留时间是以小时测量的，而不是以天。长期以 来，在厌氧反应器内包括厌氧细菌是存在问题的。已发展出了多种反应器设计来克服该问题。具体地，当消化固体含量相对较低(通常，小于1000mg/l或更低)的废物时，使用填充床将厌氧细菌保持在反应器内(图2)。填充床反应器使用了可以随机取向或整齐排列的填充材料层或床。通常，填充床反应器包括填充介质床，其中将投料生物质或原料在填充床基部进料并向上流动通过填充床，而消化产物(处理过的液体和生物气)从床的顶部除去。填充在原理上的目的是保持厌氧细菌，特别是产甲烷菌，这是因为在厌氧细菌的四类细菌中，产甲烷菌生长最缓慢。产甲烷菌更喜欢与表面相结合，并因此具有高表面积比体积比的填充介质提供了理想的环境。填充床使得厌氧细菌能够保留在反应器内，并因此避免了等待细菌生长所花费的延迟时间，从而使该反应器能够以较高的加载速率和更短的水力学保留时间运行。然而，填充床反应器具有一些缺点。填充床设计的重要限制是需要保持足够低的通过填充床的合并上升流速(也就是说，液体的流动速度与细菌所产生的气体的流动速度的简单算术合并)以避免产甲烷菌从填充介质上剥落。理想地，将所述合并上升流速保持在约80至90米/天以下。在满载反应器中，根据进料强度和进料到反应器中的有机物的体积，这将填充床的深度限制在不超过2米至3米。对床深度的这种限制严格限制了可以处理的进料或有机物的量，并因此限制了可以从给定反应器占地面积(reactor footprint)所产生的生物气的体积。因此,对单位面积反应器基底面积的生物气生产潜能的这种限制严格限制了降低生产单位气体的厌氧反应器的基本费用的可能。已尝试通过设置竖直通过反应器的集气器来降低从反应器顶部散发出的气体体积，从而提高给定反应器基底面积的生物气产率。然而，由于生物质中产酸细菌所产生的高浓度挥发性酸通过降低pH产生了对其它厌氧细菌有毒的环境，因此这未对该问题提供满意的解决方法。因此，可以应用于反应器下部分的载荷受到限制，并因此可以从给定反应器基底面积(也就是说，反应器所占的土地面积)所产生的生物气的体积也受到限制。
发明内容
因此，我们已认识到需要可以从给定反应器占地面积生产更高生物气产率的厌氧反应器。以最广泛的方面根据本发明，提供了厌氧反应器，其包括设置成一个在另一个上方的两个或更多个分离的反应室。除了使室之间压力平衡所必需的有限相互连接外，反应室是彼此分开的。压力平衡装置可以用于使少量处理过的液体在室之间传递以使得一个室顶部的压力与它紧邻上方室底部的压力平衡。不是出于处理液体的目的连接室的，并因此可以认为反应室是分离的室。“分离的室”是指除达到压力平衡所必需的程度外，室是不互相连接的。具体地，在室之间没有细菌、生物质的流动或者厌氧消化产物的流动。每个室独立于其它室运行以生产生物气。厌氧反应器可以包括外壳，在外壳内将两个或更多个分离的反应室设置成一个在另一个上方。在这类实施方式中，可以通过实心部件(固体部件)(例如，实心板)将室彼此分开，其中每个实心部件将一个室中的过程与相邻室中的过程分开。由于外壳可以为分离的反应室提供结构支撑，因此实心部件不需要是结构性的。因此，实心板应具有足够的强度以支撑其本身，以抵挡出于混合目的朝向它的进料流动，和以应对相邻室之间压力的小变化，但是它可以不具有足够的强度以支撑厌氧反应器。因此，在特别优选的实施方式中，可以认为反应器的结构是标准罐，优选地，竖直圆柱形罐，其通过一个或多个实心部件被分为分离的室。分成分离的室的标准罐的使用有助于最大程度降低成本。由于分离的室的设置，下室中的压力等于上方室所施加的总“压头”。因此，为了控制液体和气体向大气压力的转移，一般优选地在每个室的排放口设置至少一个压力调节或压力维持装置。压力调节装置可以为阀的形式。在其中实心部件用于将一个室中的过程与相邻室中的过程分开的实施方式中，在相邻室之间设置压力平衡装置有助于防止将相邻室分开的实心部件的毁坏。可替换地，可以通过分开且可堆叠的每个室将室分开。在这种设置中，必要的是反应器的基底具有适合的强度以承受室的载荷加消化器中液体的载荷。可以以任何适合的构造或设置将室设置成一个在另一个上方。反应室的该构造是为了降低，优选地显著降低，更优选地最大程度降低反应器所占的土地面积。因此，反应室的设置或构造降低了反应器的占地面积。在特别优选的实施方式中，将反应室基本竖直地设置成一个在另一个上方(即，以基本竖直堆叠的形式设置反应室)。在以基本竖直堆叠的形式设置反应室的情况下，反应器可以包括一个或多个这种堆叠。然而，可以使用使反应器占地面积降低的任何适合的设置。在一个实施方式中，反应器优选地为填充床反应器，因此各个反应室优选地包括填充床。通过(例如)上栅格和/或下栅格或其它限制装置将填充物或介质保持在每个室的位置上。因此，反应器可以被认为是多床反应器。优选地，每个室包括进料分配系统、填充床以及用于生物气和液体排放的装置。在另一个实施方式中，反应器为流化床反应器。与如上的填充床系统相反，在流化床反应器中，允许填充物或支持介质以流化方式在每个室内围绕指定空间移动。通常，流化床反应器采用比水更致密的介质，例如，沙、玻璃珠、碳(以多种形式，如毡块(feltblocks))等。通过进料液体的流动，通常通过进料液体的向上流速使材料流化。需要足够的向上流速以有效地保持介质悬浮。作为常规流化床介质的替代，已发现设计用于好氧废水处理装置的介质可以在本发明的反应器中使用。该介质起到生物膜载体的作用，借此厌氧细菌沉积在或将其自身连接到不同介质设计所提供的基质的各种表面上。(在本发明的背景中，将“生物膜”理解为细菌培养物层。)无论是规则的还是随机的，所设计的基质提供了高表面积体积比(通常300-900m2 / m3,但是在特殊情况下最多3000m2 / m3)。在总表面积中,将显著的比例(通常为70%)指定为受保护的，即当介质在一起冲击时，不经受生物膜的侵蚀。当使用这些介质时，根据工艺参数和所处理材料的物理性质，流化床的填充分数为67%或更小。介质优选地占据总可用空间的约55至67%，从而有足够的空间用于介质自由循环。可以由在水相环境中具有中性或接近中性浮力的材料制备适合的介质。这有助于确保介质与投料生物质良好接触。通常，该类介质是由软塑料(如再循环聚乙烯)制备的并且它的形状可以是具有内部隔离壁并且在外部具有翅片的一根管。这种形状有助于使表面积最大化，同时允许液体生物质自由流动通过介质和在介质周围自由流动。例如，VeoliaMass Transfer提供了用于好氧装置的该类介质，该介质具有比用于流化床的常规介质高得多的表面积体积比。Veolia介质提供了高达800-1400m2/m3总面积和500-1200m2 / m3保护面积的表面积体积比。这些介质以商品名Kaldness Kl 、Kaldness K2 、BiofiImChipΜ 和BiofilmChip P 可商购获得。这些材料是专门设计用于以流化方式使用的。适合于在本发明中使用的介质的替代形式包括为具有多孔表面的曲面板和/或双曲抛物面形式的各种塑料体。孔的内部提供了保护不受反应环境影响以有助于防止生物膜侵蚀的高表面积。在制备期间可以调节塑料体的密度以及多孔表面的平均孔径以适合最终应用。Multi Umwelttechnologie AG提供了这类介质,包括用于好氧、厌氧和缺氧工艺的Mutag BioChip 。Mutag BioChip 提供了约3000m2 / m3的保护表面积。当在反应器内使用时，Mutag BioChip 的曲线形状有助于确保液体生物质可以围绕介质自由流动并且确保它在液体生物质内连续移动。这些材料还专门设计用于以流化方式使用。因此，本发明还提供了设计用于好氧废水处理装置的介质在如本文所述的多层或多床流化床厌氧反应器中的使用。已设计用作或适合于用作好氧废水处理设备中好氧细菌的支持介质的任何介质均可以在本发明的这一方面中使用。由Veolia Mass Transfer和Multi Umwelttechnologie AG商业提供的上述介质是特别适合的,但是任何适合的介质均可以使用。 当使用流化床而不是固定床时，可以将反应器作为多层流化床反应器来运行。据预估多层流化床反应器可以生产比填充床反应器高多至两倍、三倍或四倍的生物气气体产率，这是因为流化床中较大的表面积能够容纳更多的细菌菌落。这是流化床反应器的显著优势。流化床型反应器的其它优势是使用流化床而不是填充床，每个床堵塞的可能性更小，并因此该反应器能够容纳更高水平的固体载荷，即大于1000mg/l。在另一个实施方式中，本发明的反应器可以是混合反应器(hybrid reactor),其包括至少一个填充床反应室和至少一个流化床反应室。在这种反应器中，每个反应室可以包括填充床或流化床、进料分配系统以及用于生物气和液体排放的装置。混合反应器可以包括在处理前对投料生物质进行评价并根据投料生物质的性质将投料生物质转向填充床反应室或流化床反应室的装置。例如，可以将悬浮固体含量在500到1000mg/l的液体转向填充床反应器，同时可以将悬浮固体含量大于1000mg/l的液体转向流化床反应器。在优选的方面，提供了厌氧反应器，其包括设置成一个在另一个上方的两个或更多个分离的反应室，其中每个反应室包括进料分配系统、填充床以及用于生物气和液体排放的装置。优选地，通过(例如)实心部件(如实心板)将每个室与相邻的室分开。可以以任何适合的构造将反应室设置成一个在另一个上方，例如，它们可以以基本竖直的构造设置，以便形成一个或多个基本竖直的堆叠。
在其它方面，本发明提供了厌氧反应器，其包括设置成一个在另一个上方的一个或多个分离的反应室，其中每个反应室包括进料分配系统、流化床以及用于生物气和液体排出的装置。优选地，如本文所述，室彼此分开。可以以任何适合的构造将反应室设置成一个在另一个上方，例如，可以以基本竖直的构造设置它们以形成一个或多个基本竖直的堆叠。流化床可以包括如上所述的常规流化床介质。可替换地，流化床可以包括设计用于在好氧流化床装置(也就是说，设计用于好氧废水处理装置)中使用的介质，如Veolia MassTransfer 介质 Kaldness Kl 、Kaldness K2 > BiofilmChip Μ 和 Biof iImChip P ，或得自 Multi Umwelttechnologie AG 的 Mutag BioChip 。还提供了根据本发明的反应器的应用，优选地在生物气生产中的应用。在另一个方面，提供了生产生物气的方法，其包括提供根据本发明的厌氧反应器；提供投料生物质；在反应器中进行生物质的厌氧消化；和收集所产生的生物气。如果需要，还可以收集这样生产的消化物并用作(例如)肥料或在任何其它适合的应用中使用，或者在液体废物消化的情况下，可以进行有氧精制(aerobically polished)以用于排放。在使用填充床反应器的方法中，投料生物质优选地包括悬浮固体含量在500到1000mg/l的液体，而在使用流化床反应器的方法中，投料生物质优选地包括悬浮固体含量大于1000mg/l的液体。在使用混合反应器的方法中，通过填充床反应室处理包括悬浮固体含量在500到1000mg/l的液体的投料生物质，并且通过流化床反应室处理包括悬浮固体含量大于1000mg/l的液体的投料生物质。如上所述的生产生物气的方法使得提高可以由厌氧反应器所占的单位面积土地生产的生物气产率的方法得到实现。在本发明的反应器中一个在另一个上方的反应室布置提高了可以处理的材料的体积并因此提高了可以由一套反应器占地面积所生产的生物气的体积。可以生产的生物气体积以所使用的反应室或层的数目成倍增加。类似地，生产单位生物气的资本费用降低，尽管降低的倍数要小一些。在非常需要空间或者土地费用较高的情况下，本发明具有特别的相关性。
图I是厌氧消化过程的示意图。图2显示了常规升流式填充床反应器的一般结构。图3显示了根据本发明的填充床反应器的结构。该反应器是多层填充床反应器或多床反应器。图4显示了根据本发明的填充床反应器的其它实施方式。该反应器是多层填充床反应器，其包括用于从室中排放液体和气体的图3中所示的替代设置。
具体实施例方式本发明的反应器包括设置成一个在另一个上方的两个或更多个反应室。优选地，以基本竖直(优选地，竖直)的构造设置室。因此，在一个实施方式中，本发明的反应器包括反应室的一个或多个堆叠，或一个或多个基本竖直的堆叠。·反应器的反应室彼此分开。尤其是，在室之间应没有细菌、生物质的流动或者厌氧消化产物的流动。每个室独立运行以通过生物质的厌氧消化生产生物气。通过(例如)实心板将各个室与相邻室分开。如以上所指出的，尽管可以认为室是独立运行的分离的室，但是通常在反应器中的每个室以及它上方和下方的室之间设置压力平衡装置。压力平衡装置允许非常有限的处理液体从各个室流动到相邻的室以平衡分离室的实心部件上方和下方的压力。一般说来，优选地各个室包括以下特征中的一个或多个(a)进料分配系统，其是可操作的以将进料基本均匀地分配通过室的底部并且它还将进料液流(即进料到反应器中的有机材料)导向分离部件或板以将厌氧淤泥与所进入的进料搅拌并混合；(b)排放装置，以根据需要除去多余的淤泥；(C)如果需要，提取室的内容物的样品的装置； (d) 一个或多个气体鼓泡装置，以使得能够使用生物气或其它惰性气体来改善混合或用于任何其它适合的目的；(e) 一个或多个压力传感装置，优选地一般位于室的顶部和底部；(f)压力平衡装置，其提供了与紧邻的室之间有限的互相连接；(g)—个或多个减压阀；(h)温度传感器；(i)pH 传感器；( j ) 一个或多个气体和液体排放点(或排出点);(k) 一个或多个进入检查点；和(I) 一个或多个故障安全排放点。特别优选地，除了最上方和最下方的室以外，各个室具有全部以上特征。在消化器的填充床实施方式中，同样高度优选地，各个室包括一个或多个填充床，其含有装置或栅格以维持填充材料的正确位置。最下方的室一般如上所述，但具有单个压力传感装置，优选地一般靠近室的顶部设置。最上方的室一般也将如上所述。另外，最上方的室优选地包括驱散在处理期间可能出现的任何泡沫的一个或多个装置，例如，一个或多个喷杆。另外，最上方的室优选地仅具有一个压力传感装置，一般靠近室的底部或基部设置。此外，最上方的室优选地具有分开的液体排出和气体排出或排放点，而不是合并的气体/液体排放装置，和锥形顶。液体排放点优选地位于最大液位处。气体排放点优选地位于反应器的顶部，即在锥形的位置。尽管如此，在其中反应器包括三个或三个以上反应室的实施方式中，最上方的室可以包括合并的气体和液体排放点以及平顶。存在于反应器中的反应室或层的数目可以是不同的以适合个体要求和处理条件。任何适合的反应室数目均可以存在。然而，反应器优选地包括设置成一个在另一个上方的两个或更多个反应室，更优选地，三至五个反应室。随着设置成一个在另一个上方的反应室数目的增加，单位面积反应器占地面积的生物气产率也增加。最佳室数目取决于所应用的进料或有机材料的特征、所需的处理参数以及多种工程和商业考虑。例如，根据反应器的位置，可能需要考虑地面装载因素，例如，是否有为包括超过一定数目的室的反应器提供桩基的任何需要。可能还需要考虑工程制造和成本限制。对于技术人员来说，其它相关因素将是显而易见的。
如图3中对本发明的填充床实施方式示意性所示出的，每个堆叠的反应室优选地包括混合空间(1)，其含有或适合于含有进料管线或进料分配系统(8)。进料分配系统(8) 是可操作的以将进料递送并分配至室的基部并将其与厌氧细菌混合。通常，进料分配系统(8)包括一系列的管，管包括通过其递送进料的孔或喷嘴。尽管附图对于每个室仅显示了一个排放点，但是排放点的数目可以是不同的并应根据室的基部面积进行选择。混合空间(I)使得进料能够与包括厌氧细菌在内的消化内容物混合。在该混合空间(I)的上方，通常设置具有上填充栅格(25)和下填充栅格(26)的填充床(2)。填充床(2)包括填充介质和厌氧细菌。
通过室内所包括的厌氧细菌将混合空间(I)内的进料主要转化为挥发性脂肪酸、 氢和二氧化碳。产乙酸细菌将长链挥发性脂肪酸进一步转化为乙酸。将所形成的乙酸、氢和二氧化碳称为部分处理的进料。部分处理的进料通过填充床(2)并且由填充床(2)中所包含的乙酸分解菌和用氢产甲烷菌将其转化为生物气。(可以是一些产甲烷菌将保留在混合空间(I)中并且除产甲烷菌外的还有其它细菌将布居在填充床(2)中。)
任何适合的填充介质均可以在填充床(2)中使用。优选地，为了为产甲烷细菌提供适合的环境，填充介质具有高表面积体积比。有利地，填充介质的表面积体积比大于IOOm2/ m3,更优选地为200m2/m3或以上。适合的填充介质为(例如)可商购自Veolia Mass Transfer 的Cascade Filterpack 。填充床(2)可以具有任何适合的深度,然而,约2至3米的填充床深度是特别优选的。
在填充床(2)的上方，优选地设置了其它空间(3)以用于容纳由在填充床中所发生的厌氧消化所生产的处理过的液体和生物气。每个室还为处理过的液体和生物气设置了至少一个排出口(9、10、11)，其通常位于室的最顶部。“处理过的液体和生物气的排出口 ”表示用于将生物气和处理过的液体从室中移出的出口、排放口或其它装置。
生物反应器的最上方的室优选地还包括空间(I )，其含有或用于含有进料分配系统。在该空间(I)的上方，优选地以与如上所述的下室相同的布置设置了填充床(2)。最上方的室优选地还包括分别用于液体和气体的分开的空间(4、5)以及用于处理过的液体和生物气的排出口(10、11)。两个排出口使得能够方便地将在最上方的室中产生的处理过的液体和生物气分别排出。将最上方的室中的处理过的进料传递到填充床(2)上方的液体转移空间(4)中。气体与液体分离并传递到气体空间(5)，气体空间(5)可以位于最上方佛如室上的锥形顶内。气体通过生物气出口(11)离开至其它气体管线(20)。液体传递通过穿孔管(13)至处理液体收集管(10)并且通过水封(19)排放至脱气容器(18)。
高度优选地，每个室顶部的压力等于其紧邻上方的室底部的压力。因此，每个室优选地包括适合地设置在将每个室分开的板(6)上方和下方的压力传感器(12)，从而可以使每块板紧邻上方和下方的压力保持相等以避免板的塌陷。生物反应器优选地还包括位于每个室之间的压力平衡装置(7)以确保一个室顶部的压力等于其紧邻上方的室底部的压力。 可以使用任何适合的压力平衡装置。通常，压力平衡装置包括穿过分离部件或板(6)的小孔管，从而在室之间提供有限的互相连接。有利地，管的末端设置在相邻室内从而使未处理的液体不能在室之间传递并且还防止气体在室之间传递。尤其是，将管的下端(即下室中的末端)适合地设置在分离板(6 )下方足够的距离处以防止任何气体从下室传递至上方室，并且另外将其设置的足够高从而仅使处理过的液体能够传递至上方室，而未处理的液体则不能。将管的上端(即上方室中的末端)适合地设置成与上方室的顶部足够接近从而使处理过的液体向下传递，但又距该室的顶部足够远以确保管始终充满液体。
适合地，每个室包括用于在反应器运行期间积累的任何多余淤泥的除去点(22)。 适合地，除去点(22)位于或接近每个室的基部。
反应器优选地包括故障安全装置，其包括紧急液体离开/进入点(23)和致动阀(24)。如果发生控制系统故障或者如果发生电力故障，则阀“不能”达到打开位置，借此使室之间的压力得到适当地维持。
使用时，优选地如下所示运行反应器。
提供投料生物质或原料。可以使用任何适合的投料生物质或原料。具体地，可以使用本发明的反应器将废水中的有机材料转化为生物气。可替换地，可以使用反应器将专门制备的有机材料溶液转化为生物气。
通常，进料或投料生物质一般通过室内的进料分配系统进入到每个室的底部。进料通常与室基部的混合空间(I)中的消化器内容物混合并被转化为部分处理的进料。将部分处理的进料传递通过填充床(2)并将其转化为处理过的进料和生物气，在每个室顶部的空间(3)中收集处理过的进料和生物气并随后通过压力调节装置或管(9)将它们从反应器排放至相分离容器(14)中。
在相分离容器(14)中，气相和液相可以分开，并且如图3中所示，可以通过致动的恒压阀(15、16)分别排放。有利地，控制致动阀(15、16)以维持将室分开的实心部件(6)上方和下方的压力相同。相分离容器(14)优选地配备了喷杆(未显示)以减少任何泡沫。气体通过气体管线(17)传递至其它气体管线(20)。液相传递至脱气容器(18)，在此通过(例如)液体在一系列板上的瀑布式下落来除去任何残余的气体。然后，脱气液体通过水封(19) 离开(21)。通过其它气体管线(20)从脱气容器排放气体。
可替换地，如图4中所示，可以排放气相和液相。在该实施方式中，通过将液相从相分离容器传递至竖直或基本竖直地延伸至最上方室的最大液位的水平的管(27)来维持液相的压力。可选地，管(27)与最上方室的液体排放口(10)相交或相结合。然后，管(27) 适合地通过水封(19)并通过管(28)与脱气容器(18)相连。优选地，管(28)和/或管(27) 设置了虹吸截断(29)。
对于技术人员来说，用于液相和气相排放的其它适合布置将是显而易见的。
优选地，最上方室以与其他室相同的方式运行，只不过在传递至填充床上方的室的顶部时，处理过的液体和气体通常分别排放(10、11)。由于处理过的液体和气体通常从最上方室中分别排放，因此在最上方室中所产生的处理过的液体和气体通常不传递通过相分离容器(14)。然而，在其中最上方室包括合并的气体和液体排放点的实施方式中，在最上方室中所产生的处理过的液体和气体将传递通过相分离容器(14)。
与图3和4有关的上述实施方式同样适用于流化床反应器和混合反应器以及填充床反应器。
可以例如在锅炉或在热电联供(CHP)系统中使用通过使用本发明反应器的方法或通过本发明的方法所生产的生物气以生产可再生能源。可以使用CHP系统中的余热或来自锅炉的一些热量来维持反应器室中的最佳处理温度。生物气还可以在多种其它应用中使用，包括作为燃气轮机的燃料以产生动力；以压缩气体或液体形式作为车用燃料；用于烹调；和(在甲烷净化后)补充天然气供应或与其混合。
权利要求
1.一种厌氧反应器，包括设置成一个在另一个上方的两个或更多个分离的反应室。
2.根据权利要求I所述的厌氧反应器，其中所述反应器包括外壳。
3.根据权利要求2所述的厌氧反应器，其中位于所述外壳内的实心部件将相邻的室彼此分开。
4.根据任何以上权利要求所述的厌氧反应器，还包括位于每个室的排放口的压力调节>j-U ρ α装直。
5.根据任何以上权利要求所述的厌氧反应器，还包括位于相邻的室之间的压力平衡装置。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的厌氧反应器，其中所述反应器为罐的形式，所述罐通过所述实心部件被分开成分离的室。
7.根据权利要求I所述的厌氧反应器，其中所述反应器为分离且可堆叠的室形式。
8.根据任何以上权利要求所述的厌氧反应器，其中所述反应器是填充床反应器，可选地为多床反应器。
9.根据权利要求8所述的厌氧反应器，其中每个室包括进料分配系统、填充床以及用于生物气和液体排放的装置。
10.根据权利要求I至7中任一项所述的厌氧反应器，其中所述反应器是流化床反应器。
11.根据权利要求10所述的厌氧反应器，其中每个室包括进料分配系统、流化床以及用于生物气和液体排放的装置。
12.根据任何以上权利要求所述的厌氧反应器，其中所述反应器是包括至少一个填充床反应室和至少一个流化床反应室的混合反应器。
13.根据权利要求12所述的混合反应器，其中所述反应器还包括在处理前对投料生物质进行评价的装置以及根据所述投料生物质的性质将所述投料生物质转向填充床反应室或流化床反应室的装置。
14.根据任何以上权利要求所述的厌氧反应器，还包括进料分配系统，其中在使用时，所述进料分配系统将进料基本均匀地分配通过每个室的基部。
15.根据任何以上权利要求所述的厌氧反应器，还包括排放装置以除去在一个或多个所述室内形成的过量淤泥。
16.根据任何以上权利要求所述的厌氧反应器，还包括提取一个或多个所述室的内容物的样品的装置。
17.根据任何以上权利要求所述的厌氧反应器，还包括一个或多个气体鼓泡装置。
18.根据任何以上权利要求所述的厌氧反应器，还包括一个或多个压力传感装置，其中优选地将各个压力传感装置设置在所述室之一的基本上顶部或基本上底部。
19.根据任何以上权利要求所述的厌氧反应器，还包括一个或多个减压阀。
20.根据任何以上权利要求所述的厌氧反应器，还包括一个或多个温度传感器。
21.根据任何以上权利要求所述的厌氧反应器，还包括一个或多个pH传感器。
22.根据任何以上权利要求所述的厌氧反应器，还包括一个或多个进入检查点。
23.根据任何以上权利要求所述的厌氧反应器，还包括一个或多个故障安全排放点。
24.根据任何以上权利要求所述的厌氧反应器，其中至少最上方的室包括用于生物气排放和液体排放的分开的装置。
25.根据权利要求24所述的厌氧反应器，还包括驱散所述最上方的室中泡沫的装置。
26.根据任何以上权利要求所述的厌氧反应器，其中所述室中的至少一个包括用于生物气和液体排放的合并装置，并且其中所述合并装置将生物气和液体传递至相分离容器中。
27.根据权利要求26所述的厌氧反应器，其中所述相分离容器包括驱散泡沫的装置。
28.根据权利要求26或27所述的厌氧反应器，其中所述相分离容器包括压力维持装置。
29.根据任何以上权利要求所述的厌氧反应器在生物气生产中的应用。
30.根据权利要求29所述的厌氧反应器的应用，其中所述应用使得厌氧反应器所占的单位面积土地可以生产的生物气的产率提高。
31.一种生产生物气的方法，其包括 a)提供根据权利要求I至28中任一项所述的厌氧反应器； b)提供投料生物质； c)在所述反应器中进行所述生物质的厌氧消化；和 d)收集所生产的生物气。
32.根据权利要求31所述的生产生物气的方法，其中所述厌氧反应器是填充床反应器并且其中所述投料生物质包括悬浮固体含量在500至1000mg/l的液体。
33.根据权利要求31所述的生产生物气的方法，其中所述厌氧反应器是流化床反应器并且其中所述投料生物质包括悬浮固体含量大于1000mg/l的液体。
34.根据权利要求31所述的生产生物气的方法，其中所述厌氧反应器是混合反应器，并且其中通过填充床反应室处理包括悬浮固体含量在500至1000mg/l的液体的投料生物质并且通过流化床反应室处理包括悬浮固体含量大于1000mg/l的液体的投料生物质。
35.参考附图基本如本文所述的厌氧反应器。
36.基本如本文所述的厌氧反应器的应用。
37.基本如本文所述的方法。
全文摘要
本发明公开了厌氧反应器，其包括设置成一个在另一个上方的两个或更多个分离的反应室。反应器可以为通过实心部件分开成分离的室的罐的形式，或者反应器可以为分开并且可堆叠的室的形式。另外，反应器可以是填充床反应器、流化床反应器或包括至少一个填充床反应室和至少一个流化床反应室的混合反应器。根据本发明的厌氧反应器的使用使得厌氧反应器所占的单位面积土地可以生产的生物气的产率提高。还公开了生产生物气的方法，该方法包括提供根据本发明的厌氧反应器，提供投料生物质，在反应器中进行生物质的厌氧消化和收集所产生的生物气。
文档编号C12M1/107GK102939369SQ201080063847
公开日2013年2月20日 申请日期2010年12月14日 优先权日2009年12月14日
发明者安德鲁·普雷博勒 申请人:先进生物气体科技责任有限公司