用于厌氧消化的系统和方法与流程

本公开内容总体上涉及厌氧消化和气态材料的相关处理，并且特别是涉及一种覆盖式厌氧消化系统及其安装或操作。

背景技术：

1、厌氧消化是一种可以用于将广泛的生物质材料转化为可用气体的过程，所述气体诸如为主要包括甲烷和二氧化碳(co2)的气体。二氧化碳可以用于各种目的，诸如食品和工业处理。甲烷(其可能比二氧化碳更有价值)可以用作诸如石油和天然气之类的化石燃料的直接替代品。当甲烷从有机物(即生物质)的厌氧消化中产生时，其通常被称为生物甲烷。

2、生物甲烷可以用作燃料(例如，用于内燃机或燃料电池)，以提供动力(power)和热量。当生物甲烷被燃烧时，废气通常仅包括二氧化碳和水。原则上，所释放的二氧化碳的量等于使生物质自然有氧分解所释放的量；因此，以这种方式产生的甲烷实际上被视为零碳燃料。因此，利用生物质的厌氧消化来产生甲烷被认为是减少大气中二氧化碳水平并且有助于缓解气候变化的有效方法。题为“anaerobic digester and mobile biogasprocessing plant(厌氧消化器和移动式生物气体处理设备)”的专利申请pct/ib2020/054392描述了一种厌氧消化器和某些气体处理装置和方法。

3、由于厌氧消化系统经常在户外或以其他方式暴露于自然元素(例如雨和雪)中，因此这种系统的操作和监测可能是困难的。因此，需要改进的厌氧消化系统和方法以及相关联的气体处理。

技术实现思路

1、根据实施例，提供了一种装置和系统，诸如消化器。该消化器可以是例如用于处理生物质的厌氧消化器。在某些方面，该消化器包括：生物质存储容器；位于生物质存储容器上方的罩；以及一个或多个位于罩的顶表面上的配重。罩和配重中的至少一个可以形成褶皱特征(例如，角部或其他边缘)。配重中的至少一个可以位于罩的中心，其中其他配重中的一个或多个布置在罩的每个角部处。在一些实施例中，罩(和/或存储容器)是矩形的或正方形的，并且配重在每个角部中形成褶皱角部。也可以使用其他具有角部的形状。消化器可以包括一个或多个子系统，该一个或多个子系统包括热管理系统、气体处理系统、状态监测系统、用于混合/热控制浆体的设备、水收集和管理系统和/或能量回收和存储系统。虽然在该示例中描述了一个或多个褶皱角部，但是一些实施例可以在没有褶皱角部的情况下实现。例如，这可以包括在其他位置(例如中央)的褶皱或根本没有褶皱。在一些实施例中，罩被配置为在生物质存储容器中产生的气体增加时从第一位置膨胀到第二位置。

2、根据实施例，提供了一种厌氧消化器，该厌氧消化器包括生物质存储容器(例如，具有一个或多个锥形侧壁的浆体贮留池)和位于生物质存储容器上方的罩。在某些方面，罩被密封在厌氧消化器的外边缘处，以形成水收集区域。水可以是例如雨水，并且罩可以是气体膜。在水覆盖一个或多个气体密封件的地方，可以对其进行监测，以指示泄漏。在某些方面，罩例如可以通过在罩上形成褶皱角部的配重管被保持就位。在一些实施例中，可以使用倾斜支架(例如，由沟槽环形梁的一部分形成)，从而支架被配置为将水限制在水收集区域中。厌氧消化器还可以包括一个或多个衬垫，诸如贮留池衬垫膜或浆体罩膜。在一些实施例中，至少一个膜(诸如附加中间膜)在甲烷和co2之间能够选择性地渗透(selectivelypermeable)。然而，在一些情况下，至少一个膜对生物气体及其组成材料是不可渗透的(例如，贮留池衬垫和浆体罩都可以是不可渗透的)。在某些方面，罩、支架、浆体罩膜和贮留池衬垫膜全部被附接到安装柱，例如，利用一个或多个夹来附接。在一些实施例中，使用外膜夹和内膜夹。这可以防止生物气体与消化器的易受腐蚀的部分接触。厌氧消化器可以进一步包括一个或多个子系统，诸如气体过滤系统、热管理系统、监测系统、水再利用系统、能量回收系统和用于混合/热控制浆体的设备。

3、在一些实施例中，至少一个配重位于罩的顶表面上。配重可以是例如管或管道。配重可以被布置成在罩上产生张力并防止罩在风中摆动。在一些实施例中，在罩是矩形或正方形的情况下，至少一个配重形成罩的褶皱角部。附加地，可以在罩的每个角部中布置配重。然而，也可以使用其他配重，例如，在罩的中心区域中或在生物质存储容器的浆体膜上使用。在一些实施例中，配重管与厌氧消化器的水收集区域连接，并且被配置为将水从罩移到收集区域(或反之亦然)。

4、根据一些实施例，一种组装厌氧消化器的方法例如可以包括以下步骤：将罩放在存储容器上方；放置一个或多个配重(例如，以形成褶皱角部)；以及组装/附接任何热或水管理系统，或本文所述的其他系统。在一些方面，该方法还可以包括任选性地填充配重。该方法中的其他步骤可以包括：(i)挖掘或以其他方式制备具有锥形侧壁和/或衬垫膜的浆体贮留池；(ii)安装一个或多个气体膜，包括一个或多个半透膜；(iii)密封消化器；以及(iv)利用生物质填充消化器或以其他方式操作消化器，包括操作任何相关联的系统。这可以包括例如提取和处理安装之后在消化器中产生的气体。

5、根据实施例，提供一种用于厌氧消化器的热管理系统。该系统可以包括例如循环装置(例如，包括一个或多个泵)和连接到该循环装置的多个管。在该示例中，多个管可以包括：(1)在厌氧消化器罩的表面上的一个或多个管；和/或(2)在厌氧消化器的生物质存储容器的表面(例如，衬垫的表面)上或在厌氧消化器的生物质存储容器内的一个或多个管。也可以使用其他管。在一些实施例中，多个管被填充有水。循环装置可以被配置为将温水从厌氧消化器罩的表面流向生物质存储容器。这可以改善容器中的厌氧消化过程。类似地，该系统可以被配置为将温水从生物质存储容器表面流向罩。例如，这可以用来融化罩上的雪，因为雪会对消化器和/或其部件造成损害。

6、根据实施例，提供了一种状态感测和监测系统。例如，厌氧消化器或类似系统可以配备有这样的系统。这例如可以包括：生物质存储容器(例如，浆体贮留池)；位于生物质存储容器上方的罩(例如，气体膜)；和一个或多个传感器，一个或多个传感器被配置为指示厌氧消化器的气体或浆体状态(例如，水平)。在一些实施例中，厌氧消化器包括罩配重，并且至少一个传感器是附接到配重上(例如，在配重内)的压力传感器。在一些实施例中，至少一个传感器是视线传感器(例如，相机或其他基于光学的装置)，该视线传感器被配置为监测罩或浆体膜的顶部水平。在一些实施例中，至少一个传感器是罩或浆体膜上的角度传感器阵列(例如，陀螺仪传感器的花彩串(festoon string))。附加地，该系统还可以包括处理电路(例如，处理器、存储器和发射器)，该处理电路被配置为基于来自一个或多个传感器的测量结果来确定并报告气体或浆体状态。报告可以是本地的，通过无线通道，使用互联网等。在某些方面，该系统的一个或多个传感器可以被布置在消化器的最上层膜/罩、中间膜、浆体级膜或任何其他膜上。附加地，一个或多个传感器可以被安装在其他部件上，包括存储容器本身。

7、根据实施例，提供了一种能量存储和回收系统。该系统可以包括：一个以上的气态或液态材料的存储容器；气体压力驱动的发生器(例如，产生机械能和/或电能)，该发生器耦合到一个或多个存储容器，并且被配置为使用从一个或多个存储容器排出的废气来产生动力；以及气体缓冲区，该气体缓冲区被配置为在废气被发生器使用(例如，穿过)之后存储至少一部分废气。在一些实施例中，这些材料可以包括压缩气体或低温液体，并且发生器可以是涡轮机。在某些方面，气体缓冲区是厌氧消化器的一部分，诸如本文所述的任何消化器的一部分。例如，缓冲区可以是位于浆体区域和厌氧消化器的罩之间的区域。在一些实施例中可以使用其他缓冲区。该系统可以进一步包括气体处理系统，该气体处理系统被配置为从气体缓冲区中提取气体并将气体存储在一个或多个存储容器中。处理阶段可以包括例如压缩机、干燥机、冷却器、液体存储容器等。在一些实施例中，该系统是混合发电系统的一部分，该混合发电系统包括一个或多个光伏和风能装置(例如，风车)。在一些实施例中，气态或液态材料可以是例如来自生物气体的甲烷或co2。

8、根据实施例，提供了一种用于能量回收和/或存储的方法。该方法可以包括例如以下步骤：(1)从一个以上的气态或液态材料(例如，压缩气体或低温液体)的存储容器中排出气体；(2)利用排出气体发电(例如，利用排出气体运行涡轮机)；以及(3)将剩余的排出气体传递到气体缓冲区。在一些实施例中，该方法进一步包括在一个或多个存储容器中存储来自气体缓冲区的气体，这可以包括压缩来自气体缓冲区的气体，并且在一些情况下，来自缓冲区的气体先前被用于在发电步骤中发电。也就是说，该循环可以重复进行。在某些方面，排出气体和存储气体步骤中的至少一个至少部分地是基于来自光伏、风能装置和/或电池的电力供应。附加地，用于存储步骤的能量可以由光伏、风能装置和/或电池提供。在一些实施例中，在排出步骤之前，该方法包括在厌氧消化器中产生气体并且将气体存储在一个或多个存储容器中，其中将剩余的排出气体传递给气体缓冲区的步骤包括将剩余的排出气体传递给用于产生气体的厌氧消化器。

9、根据实施例的被覆盖的浆体贮留池以及操作和覆盖这种浆体贮留池的方法可以具有某些益处。一个益处可以是控制进入贮留池的雨水的量，由此使应用所需的贮留池的尺寸最小化。另一益处可以是边缘密封系统，当填充有水时，该边缘密封系统允许监测/检测一个或多个密封件的泄漏情况。另一益处可以是边缘密封系统可以将雨水引入存储系统，从而使收集的雨水可以用于各种农田作业。另一益处可以是边缘密封系统最大限度地减少了覆盖式贮留池的金属部件与其中产生或存储的生物气体之间的接触，从而减少了腐蚀的可能性。

10、根据实施例，提供了一种用于监测厌氧消化器中(例如，在消化器的一个或多个气体或浆体存储区域中)的甲烷或浆体量的方法和装置，这可以是远程控制和监测贮留池和任何相关气体回收设备所需要的。

11、根据实施例，提供了一种用于在外罩的褶皱中使用填充水的配重管的方法和装置，以减少由于风的冲击而导致的外罩的移动，并降低外罩的疲劳。

12、根据实施例，提供了一种用于将加热的水通过一个或多个配重管泵送出以去除冰或雪的方法和装置。类似地，提供了一种用于从外罩中回收热量并将该热量泵送入浆体中的方法和装置。这可以提高消化速率。

13、根据一些实施例，提供了一种用于将气体缓冲存储部(例如，厌氧消化器的气体缓冲存储部)作为能量存储和回收系统的一部分的方法和装置。

14、本公开的主题的其他特征和特性以及操作方法、结构的相关元件的功能和部件的组合以及制造的经济性在参照附图考虑了以下描述和所附权利要求后将变得更加明显，所有附图构成本说明书的一部分，其中类似的附图标记指代各图中的相应部件。