专利名称：在沼气发酵机启动及停机时减少甲烷残料的方法及实施该方法的沼气系统的制作方法
技术领域：
本发明是关于一种在沼气发酵系统操作时减少甲烷残料的方法，该沼气发酵系统包括至少一沼气发酵机。
背景技术：
所谓的「干式发酵」是一种可以让由农业、由有机废弃物，以及从公共花园及公园地区产生的可倾倒生物物质甲烷化，而不须将上述物质转化成为可泵送的液态物质。将干燥物质部分高达50%的生物物质发酵已经成为可能。这种干式发酵方法发表于例如欧洲专利EP0934998号专利中。在「干式」发酵的技术中，要用来发酵的材料并不搅拌成为液相，而如进行例如有机废弃物的液态发酵一般，反而是将引进发酵机的要发酵的底物，并通过在发酵机底部抽除渗透液然后从该生物物质上方喷洒的方式，使其永久保持潮湿。利用这种方式可以达到细菌所需的最佳化生存条件。在该渗透液的再度循环过程中，也可另外调控其温度，同时也可以加入添加物，以达到工序的最佳化。从国际专利申请W002/06439号专利中可知，可以一种生物反应器或者发酵机，具有称为预制型车库(pre-fabricated garage)，可以遵照该干式发酵的原理，以所谓批次化作业方式运转。先以预先发酵的材料接种，再将要发酵的物质使用轮式装载机装入发酵机。 该发酵槽具有车库型的构造，以气密闸门关闭。该生物物质在与空气隔离的环境内发酵，过程中不再搅拌，并且也不再加入其它的材料。该发酵材料所产生的渗透液是从排放通道排出，暂时存放在桶中，然后又从该待发酵物质上方喷洒，以进行加湿。该发酵过程是在34到 37摄氏度的中等温度范围内发生，而温度的调控则是使用地板及隔墙加温方式达成。所产生的沼气可以在热电共生单元(BlockheizkrafVerk-BHKW)中加以利用，用来产生电能及热能。为能确保沼气能够不中断、充足的供应到该热电共生单元，可以在该干式发酵工厂中使用几个发酵槽。在滞留末期，发酵机容积是完全空的，然后重新装载物质。 发酵后的基质将供应到较后的堆肥工序，以形成有机肥料，而与传统的堆肥相似。由于采用批次化作业，单个发酵机必须要经常停机，S卩，沼气的生产必须中断。停机后将发酵后的生物物质从各个发酵机中移除，将新的生物物质加入到发酵机中，然后再重新开始沼气的生产。在新加入的生物物质开始发酵的启始阶段，在所产生的沼气中起始甲烷含量会相当低，且二氧化碳以及氮的含量会相当高，以至于无法在热电共生单元中直接使用该沼气。此外，对该批次化作业已经运转中的并联发酵机中的混合也不可能，因为在刚刚加入新物料的发酵机内所产生的沼气量过低，结果总气体流量不足以供应在热气共生单元中利用。取决于容器尺寸以及沼气的种类与特性不同而有差异，新加入物料的发酵机须花费5到12小时，所产生的沼气才能达到够供热电共生单元利用的量，或者达到能够与已经运转较长时间的发酵机所产生的沼气混合。在该新加入物料的发酵机的启动阶段，所产生的沼气具有较低的甲烷含量，因此在作法上是将沼气直接排放到大气中，如果甲烷含量较高，则将之烧除。因此，所产生的甲烷中有一部份未加利用，成为所谓甲烷残料。欧洲专利申请DE 10 2007 0M911. 1以及欧洲专利EP 08 156 915. 4都是由本案申请人所申请，根据德国专利法第3( 条规定，构成本案的先前技术。其中揭示以多数的发酵机并行运转，并以共同的沼气管线将所产生的沼气输送到气体处理装置。在该气体处理装置中，通过将氮以及二氧化碳滤除的方式提高甲烷的含量。由于该气体处理装置设置在共同的沼气管线，因此只能用来提高在该共同沼气管线内的混合沼气的气体质量，而无法提高在各个发酵机内直接产生的沼气质量。结果，并无法降低所产生的甲烷残料量，特别是在新加入物料的发酵机启始阶段。在德国专利申请DE 10047^4A1中揭示一种含有甲烷的沼气的利用方法，其中利用气体处理单元将沼气分成甲烷含量较高的分流，以及甲烷含量较低的分流。该甲烷含量较高的分流乃是供应到气体发动机作为燃料，而该甲烷含量较低的分流则是循环回到该沼
气产生工序中。
发明内容
因此，本发明的目的乃是提供一种减少甲烷残料的方法，以及一种使用这种方法的沼气系统。上述目的可由权利要求1、5、6、8、10、13以及14所述的技术特征加以达成。在沼气发酵机加入新生物物质而启动时，存在该沼气发酵机流漏出来的气体混合物中的甲烷含量会逐渐提高，经过数小时后才达到足够高以将所产生的沼气供应到预定用途。本发明并不将甲烷含量过低的气体混合物加以烧除或者直接排放到大气中，而是将其供应到气体处理单元，在其中将该气体混合物中的非甲烷成分部分分离，并将所余甲烷含量较高的气体混合物循环回到该沼气发酵机中，直到其甲烷含量达到相当高为止。本发明其余的从属权利要求则是关于本发明的优异方面。
本发明的其它细节，特征及优点由以下对例示性实施例的说明，并参照附图而呈现。其中图1是显示本发明含有沼气发酵机的第1实施例的概要图。图2是显示本发明含有沼气发酵机的第2实施例的概要图。图3到图5显示沼气发酵机加入新生物物料时的启动时的不同阶段。图6到图14显示本发明含有多数沼气发酵机的第3实施例的概要示意图，其中各个沼气发酵机在不同运转状态中是并行运转。
具体实施例方式图1显示根据本发明含有单一发酵机2的沼气系统的基本第1实施例。该发酵机 2形成矩形体并具有接近于预制型车库的结构。生物物质6可以使用轮式装载机，经由装载及清空开口 4加入该发酵机2并从该发酵机2移出，该装载及清空开口 4延伸出该矩形体发酵机2的一侧端。至于该发酵机2的详细构造，请参考国际专利申请WO 02/06439号专利的内容。
该发酵机2另外包括沼气排出口 8，连接到气体处理单元20的入口。该气体处理单元20的出口则连接到沼气管线12，其末端设三向阀13。该三向阀13设置成经由沼气返回管线14连接到该沼气发酵机2的气体入口 16，连接沼气利用或沼气处理单元18例如热电共生单元。该气体入口 16结合于该沼气发酵机2的底部区域。测量与控制装置22连接到测量传感器32，用来探测该气体处理单元20出口处的甲烷浓度，同时也连接到该三向阀 13。在该三向阀13与该气体处理单元20的出口之间，设置气体输送单元M，该气体输送单元M具有例如为送风机的型式。该气体处理单元20的功用在于以加压水清洗，过滤或以薄膜过滤，以提高所产生的沼气质量，用来将其中的非甲烷成分，特别是二氧化碳部分分离排除。通过这种方式可以提高该气体处理单元20出口处的气体混合物中的甲烷浓度。经过分离排除的非甲烷成分则经由排气组件25输送到环境中。在该新加入生物物质的沼气发酵机2启动阶段，新加入的生物物质6是以渗滤方式喷洒，此时只有极少量的沼气含在该沼气发酵机2内。由该沼气发酵机2的沼气排出口 8所逸出的气体混合物中，甲烷的浓度在该气体处理单元20升高。只要由该测量传感器32 所测得的甲烷浓度在气体处理单元20的出口低于预定下限(C )，该测量与控制装置22都会控制该三向阀，使该气体处理单元20的排出口连接到该沼气返回管线14。因此，甲烷含量过低的沼气只能经过该沼气返回管线14以及该气体入口 16，循环回到该沼气发酵机2。 仅该沼气处理单元20的排出口处的沼气甲烷浓度高于该预定下限Csro，该沼气即会经由该三向阀13而供应到该热电共生单元18。如此一来，即可减少所谓的甲烷残料量。以下将以图2到图4来说明本发明第2实施例。在图中，与图1相同的各组件将标以相同的编号。除该三向阀13之外，第1实施例中所有的元件都使用在本实施例中。在本发明的第2实施例中，该三向阀是以3个阀10-1、10-2与10_3的配置加以取代。在该气体输送单元M的下游侧，沼气/废气管线11从该沼气管线12分支出来。阀 10-1是设置在该沼气管线12上，该热电共生单元18的上游侧。阀10-2是设置在该沼气返回管线14上。阀10-3是设置在该沼气/废气管线11上。该沼气/废气管线11则向排气烟囱19开放。除此之外，该发酵机2也包含吹扫气体入口 16’，结合于该沼气发酵机2的顶板区域，而与该气体入口 16不同。该吹扫气体入口 16’是设置成经由阀10而连通到废气管线 26或新鲜空气管线观。在该废气管线沈中设置废气送风机27，用来将废气抽入该发酵机 2内。而在该新鲜空气管线观中则设置新鲜空气送风机27，用来从环境中吸进新鲜空气。 含有二氧化碳的废气是用来作为吹扫气体，由废气管线26送入，而新鲜空气则是由该新鲜空气管线观引进该发酵机2内。位于该废气管线沈及该新鲜空气管线观的阀10连接到该测量与控制装置22，由该测量与控制装置22控制其开关。除该用来测量甲烷浓度的测量传感器32外，该测量与控制装置22另连接到探测二氧化碳浓度的测量传感器34，以及测量气体流量的测量传感器36。测量传感器34与测量传感器36两者都设置在该气体处理单元20的出口处。图3到图5表示该沼气发酵机2在新加入生物物质6后的启动时期中不同的阶段。 其中使用中的管线与组件的位置都以粗线代表。图3表示该沼气发酵机2在新加入生物物质6后的启动时期中，第1阶段的情形。该装载及清空开口 4呈关闭状态，而该沼气排出口 8与该废气烟囱19经过该沼气/废气管线11的连接则控制成开放。在此阶段中，该气体处理单元20为非运转中，只供气体混合物通过。该测量与控制装置22打开该废气管线沈的阀10，以使含有二氧化碳的废气送入到该沼气发酵机2中。这种状态持续到该第2测量传感器34探测到该非运转中气体处理单元20出口处的二氧化碳浓度已经达到或超过上限值Ckdq时为止。此外，该测量传感器32也探测该非运转中气体处理单元20出口处的甲烷浓度。一旦探测到的甲烷浓度已经达到或超过上限值Cmu，使该气体处理单元20开始运转，将阀10-3关闭，并将阀10-2打开，以使在该气体处理单元20内的气体混合物中累积的甲烷经由该返回管线14与该气体入口 16，循环回到该沼气发酵机2。上述的沼气再循环持续进行，直到该测量传感器32探测到该气体处理单元20出口处的甲烷浓度已经达到且超过上限值Cmq为止。此时将阀10-1打开并将阀10-2关闭，使在该气体处理单元20内累积的沼气供应到该热电共生单元18-图5。此时即达到产生「正常」沼气的阶段。将该沼气发酵机2停机的方式与欧洲专利申请案EP 08 156 915. 4中所述相同。 该专利案的内容全部引入此处，作为本案相关说明的参考。图6到图14显示本发明第3实施例，其中有3个沼气发酵机2_1、2_2与2_3用来并联运作，以产生沼气。与前述相等的组件将标以相同的编号。再根据图6到图14的沼气系统中，发酵机2-1、2-2与2-3的每个配备有吹扫气体入口 16’ _1、16’ -2与16’ -3，以及气体入口 16-1、16-2与16-3，各个吹扫气体入口与气体入口都以阀10加以截断。该3个吹扫气体入口 16’ -i都并入共同的吹扫气体入口 42。另有废气管线沈及新鲜空气管线28， 分别设置成由阀10截断，并开向该共同的吹扫气体入口 42。吹扫气体入口 16-i与16’ -i 也可设置成开向吹扫气体入口(图中未显示)。该3个发酵机2-1、2_2与2_3各自配备有沼气排出口 8_1、8_2与8_3，后者各自设置成由阀10截断。在该阀10下游侧将该各自的沼气排出口 3-i并合到共同的沼气管线 12，而开向热电共生单元18，以消耗沼气。在阀10与各个沼气发酵机2-i之间，从该沼气排出口 8-i分支出部分沼气/废气管线40-1、40-2及40-3，分别设置成由阀10截断，并全部并入位于阀10下游侧的共同沼气/废气管线40。该沼气/废气管线40连接到气体处理单元20的入口，而该气体处理单元20的排出口则连通到气体输送单元24。该气体输送单元 M结合于四向阀30，由控制单元22媒介加以控制。其它的阀10也是由该控制单元22以相同方式加以控制，虽然在图6到图14中并没有明确显示。在该四向阀30的下游侧，该沼气/废气管线40引到废气烟囱19。从该四向阀30分出沼气返回管线14，引回各单个沼气发酵机2-i的气体入口 16-i。从该四向阀30也分支出沼气供应管线38，结合到该共同沼气管线12。该热电共生单元18上的排气管线44，结合到第2废气烟囱46。另有废气管线沈经由三向阀48连接到该排气管线44，即，在该热电共生单元18内产生含有二氧化碳的废气可以用来吹扫将要停机的发酵机2-i。该三向阀可以用来调控流经该废气管线沈，用来吹扫发酵机2-i的传输的废气流量，以及由该第二废气烟@ 46向环境排放的废气质量。第一测量传感器32是用来测量甲烷浓度，并设置在该共同沼气管线12上。第二测量传感器34是用来测量二氧化碳浓度，第三测量传感器36用来测量流量，以及第四测量传感器50用来探测甲烷浓度，都设置在该共同沼气/废气管线40，位于该气体处理单元20 沿流体流向的下游侧，以及该送风机M的下游侧。该4组测量传感器32、34、36与50都连接到控制单元22。为了清楚起见，其控制线在图6到图14中都未予显示。位于该废气管线沈上的阀10可予省略，因其功能也可由该三向阀48提供。图6到图14显示该第二发酵机2-2进行停机与重新启动时的多个阶段。该第一与第三发酵机2-1、2-3的沼气生产，在该第二发酵机2-2停机以及重新启动时，仍然继续进行。第一阶段-启动-图6图6显示该发酵机2-2停机时的第一阶段，此时含有二氧化碳的废气将由该热电共生单元18，经由该三向阀48以及该废气管线沈，该废气送风机27与该第二吹扫气体入口 16’-2，送入该发酵机2-2。该第二沼气排出口 8-2仍然连接到该共同沼气管线12，从而继续将沼气/废气混合物供应到该热电共生单元18。第二阶段-停机-图7仅当位于该共同沼气管线12的第一测量传感器32侦测到甲烷浓度已经下降到低于上限值Csro后，在该第二沼气排出口 8-2的阀10即由该控制单元22关闭，而在该第二部分沼气/废气管线40-2的阀10侧开启，如图7所示。此时在该气体处理单元20内的沼气 /废气混合物中关于甲烷浓度提高，只要该第五测量传感器50侦测到该气体处理单元排出口处的甲烷浓度高于该上限值Csro,该沼气/废气组成物仍经由该四向阀30及该沼气供应管线38供应到该共同沼气管线12。在该发酵机2-2停机的第二阶段，该部分沼气/废气管线40-2的沼气/废气混合物中的含二氧化碳废气部分，在该气体处理单元20移除，剩余的沼气/废气混合物将具有足够的甲烷浓度，而与从沼气发酵机2-1与2-3所产生的沼气，一起供应到该热电共生单元18。第三阶段-停机-图8当位于该气体处理单元20下游的该共同沼气/废气管线40的，第四测量传感器 50侦测到甲烷浓度已经下降到低于该上限值Cmq后，该四向阀30即将该共同沼气/废气管线40与该沼气返还管线14连通，此时该沼气/废气混合物即经由该气体入口 16-1与16-3 供应到其它两个沼气发酵机2-1与2-3，如图8所示。该停机的第三阶段持续到该第一测量传感器32所侦测到的甲烷浓度已经低于该上限值CMQ，或者位于该共同沼气/废气管线40 的第四测量传感器50所侦测到的甲烷浓度已经低于该下限值Cmu时，两者以先发生者为准。第四阶段-停机-图9当第一测量传感器32所侦测到的甲烷浓度已经低于该上限值CM0，或者位于该共同沼气/废气管线40的第四测量传感器50侦测到在该气体处理单元20出口处的甲烷浓度已经低于该下限值C 时(以先发生者为准)，控制单元22将会关闭位于该废气管线沈的阀10，而打开位于该新鲜空气管线四的阀10。该控制单元22借助该四向阀30而使该共同沼气/废气管线40与该第一废气烟@导通，并将该气体处理单元20停止运转。仅含有极少量甲烷的沼气/废气/空气混合物即直接从该第一废气烟囱19排放到环境中。此停机第四阶段一直持续到位于该共同沼气管线40的第二测量传感器34所侦测到的二氧化碳浓度已经下降到下限值Ckdu以下为止。第五阶段-停机或清空-图10
一旦位于该共同沼气/废气管线40的第二测量传感器34所侦测到的二氧化碳浓度已经下降到该下限值Ckdu之下，控制单元22将会关闭在该新鲜空气管线观的阀10，并停止该新鲜空气送风机四的运转，如图10所示。此时装载及清空开口(图6到图14中未显示)将会打开。同时，送风机M从打开的装载及清空开口把新鲜空气吸入该共同沼气/废气管线40，并从该废气烟囱19排放到环境中。这种作法可以避免残存的沼气仍然留滞在该发酵后的生物物质中，而对进行装载及清空的作业人员产生危害。同时也可排除用来装载及清空的轮式装载机产生的废气。第一阶段-启动-图11当该发酵机2-2再度装载新加入的生物物质后，该装载及清空开口即会关闭，而第二沼气排出口 8-2与该废气烟囱19之间，通过该第二部分沼气/废气管线40-2的连通， 以及该共同沼气/废气管线40与该第一废气烟@ 19的连通仍然保持，此时该控制单元22 打开在该废气管线26的阀10，并关闭在该热电共生单元18的排气管线44的三向阀48，以使含有二氧化碳的废气送进该发酵机2-2。此时该气体处理单元20并不运转。此沼气发酵机2重新启动的第一阶段持续到该第四测量传感器50探测到在该共同沼气/废气管线40 内的甲烷浓度已经达到该下限值Cmu为止。第二阶段-启动-图12在该下限值Cmu已经达到之后，从该废气管线沈供应废气的作业停止，该气体处理单元20开始运转，且该共同沼气/废气管线40借由该四向阀30与该控制单元22的运作， 而连接到该沼气返回管线14。累积在该气体处理单元20的沼气/废气混合物沿该沼气返回管线14循环回到该即将启动的沼气发酵机2。此启动的第二阶段持续到位于该气体处理单元20排出口的第四测量传感器50探测的甲烷浓度已经达到该上限值Cmo为止。第三阶段-启动-图13一旦该第四测量传感器50探测的甲烷浓度已经达到该上限值CMQ，借助于该控制单元22以及该四向阀30的运作，该共同沼气/废气管线40将连通到该沼气供应管线38。 此外，该部分沼气/废气管线40-1与40-3进而连接到到该共同沼气/废气管线40，从而这时从所有的发酵器2-i所产生的沼气都会累积到该气体处理单元20中。正常运转-图14如果在该气体处理单元20的下游侧-第四测量传感器50-与上游侧-第五测量传感器52-之间的甲烷浓度差异值已经小于该预定极限值Cm3，则达到该沼气系统的正常运转，即，所有沼气发酵机2-i所产生的沼气都经由其沼气排出口 8-i，直接供应到该共同沼气管线12，而该气体处理单元20则停止运转。除了图14所示的正常运转之外，图13所示的开关组合也同样可以加以维持，作为正常运转。另外一种作法则是可以在图13的正常运转状态下，提供另一个气体处理单元 (图中未示)，设置于紧邻该热电共生单元18上游侧。该气体处理单元可以通过加压水涤洗、过滤或薄膜过滤，以进一步提高所产生的沼气质量达到天然气的质量水平，亦即，特别是可以提高甲烷的含量，并降低二氧化碳的含量。以下说明多种例示性的各极限值甲烷浓度上限值CM。 30% 到 50%
下限值Dmu 0%到 3%极限值Dm3 0%到二氧化碳浓度下限值Ckdu 0.5%到 2%上限值CKD。5%到 15%取决于该发酵机的产能以及可用的废气量不同，在该废气管线沈内的废气流量是在150-1，OOOmVh之间。在该新鲜空气管线观内的新鲜空气流量则在1，000-5, OOOmVh
之间。
鉬件符号表
2发酵机
4装载及清空开口
6生物物质
8沼气排出口
10阀
11沼气/废气管线
12沼气管线
13三向阀
14沼气返回管线
16气体入口
16'吹扫气体入口
18沼气利用或处理单元
19废气烟囱
20气体处理单元
22量测与控制装置
24气体输送单元
25排气组件
26废气管线
27废气送风机
28新鲜空气管线
29新鲜空气送风机
30四向阀
32测量甲烷浓度的测量传感器
34测量二氧化碳浓度的测量传感器
36流量测量传感器
38沼气供应管线
40共同沼气/废气管线
40-1第一部分沼气/废气管线
40-2第二部分沼气/废气管线
40-3第三部分沼气/废气管线
12
42共同吹扫气体入口44排气管线46第二废气烟囱48三向阀50第四测量传感器(甲烷浓度)52第四测量传感器(甲烷浓度)
权利要求
1.一种在沼气发酵机( 启动期间减少甲烷残料的方法，包括以下步骤a)将新装载物料的沼气发酵机( 所产生的沼气供应到气体处理单元00)；b)从该气体处理单元00)内的沼气中分离移除非甲烷成分，以提高该沼气内甲烷含量；c)测量在该经处理沼气内的甲烷浓度；及d)如所测量得的甲烷浓度低于预定极限值(CJ，则将该经处理沼气循环回到该沼气发酵机O)。
2.如权利要求1的方法，其特征在于如在步骤c)所测量得的甲烷浓度已达该预定极限值(Csro),则该沼气处理单元OO)所产生的沼气供应到沼气利用单元(18)。
3.如权利要求2的方法，其特征在于该步骤c)所测得甲烷浓度的预定极限值(Csro) 是在15% -50%的范围，优选在30% -50%的范围，特别是在40% -50%的范围。
4.如前述权利要求中任一项的方法，其特征在于有多个沼气发酵机(2-1、2-2、2-3) 并联运作。
5.一种用来实施前述权利要求中任一项方法的沼气系统，包括至少一发酵机0)，以干式发酵原理运作，以批次化作业产生沼气，该发酵机(2)包括沼气排出口(8)与气体入口(16)；气体处理单元(20)，其入口侧连接于该沼气发酵机( 的沼气排出口(8)，并具有沼气出口 ；气体返回管线(14)，设置成经由阀装置(1 连接到该气体处理单元(8)的沼气排出口，并连接到该沼气发酵机⑵的气体入口(16)；测量及控制装置(22)，用以侦测在该气体处理单元00)沼气排出口处的甲烷浓度，并于该气体处理单元OO)沼气排出口处的甲烷浓度低于预定极限值(Cmo)时，将该气体返回管线(14)连通到该气体处理单元OO)的沼气排出口。
6.一种在沼气发酵机启动期间减少甲烷残料的方法，包括以下步骤a)关闭装载新鲜生物物质的沼气发酵机O)；b)以含有二氧化碳的废气吹扫该已关闭的沼气发酵机O)，直到在该沼气发酵机(2) 内的二氧化碳浓度已经达到预定上限值(Ckdci)为止；c)在超过该二氧化碳浓度预定上限值(C·)时，终止对该沼气发酵机( 供应废气，并终止从该沼气发酵机( 对气体处理单元OO)供应气体混合物；d)部分分离移除该气体处理单元OO)内的非甲烷成分，以提高该气体混合物中的甲烷含量；e)测量该经处理气体混合物内的甲烷浓度；f)如在步骤e)所测量得的甲烷浓度低于预定上限值(CJ，则将该经处理气体混合物循环回到该沼气发酵机O)；g)如在步骤e)所测量得的甲烷浓度已高于该上限值(Csro),则将该气体混合物供应到沼气作用单元(18)。
7.如权利要求6的方法，其特征在于有多个沼气发酵机(2-1、2-2、2-2)并联运作。
8.一种用来实施权利要求6或7的方法的沼气系统，包括至少一发酵机0)，以干式发酵原理运作，以批次化作业产生沼气，该发酵机(2)包括沼气排出口⑶与气体入口(16，16’ )；气体处理单元(20)，其入口侧连接于该沼气发酵机( 的沼气排出口(8)，并具有沼气出口 ；测量装置(32)，用以侦测在该气体处理单元00)排出口处的甲烷浓度； 气体返回管线(14)，设置成连接到该气体处理单元00)的沼气排出口，并连接到该沼气发酵机O)的气体入口(16、16’ )；吹扫气体供应06、27)，用以供应含二氧化碳废气；废气烟囱(19)，经由沼气/废气管线(11)连接到该气体处理单元OO)的排出口 ； 控制单元(22)，连接到该测量装置(32)，用以将该沼气发酵机O)的气体入口(16、16’ )与该吹扫气体供应(沈、27)或与该气体处理单元OO)的沼气排出口连通；用以在该气体处理单元OO)沼气排出口处，或该沼气发酵机沼气排出口(8)处的甲烷浓度低于预定下限值(Cmu)时，将该沼气发酵机O)的沼气排出口(8)与废气烟囱(19)连通；且用以在该气体处理单元OO)沼气排出口处的甲烷浓度高于该预定下限值(Cmu)但低于上限值(Csro)时，将该气体返回管线(14)连通到该气体处理单元OO)的沼气排出口。
9.如权利要求8的沼气系统，其特征在于新鲜空气供应(沈、27)设置成由该控制单元 (22)连通到该沼气发酵机(2)的气体入口 (16、16，)。
10.一种沼气系统，用以产生沼气，包括多个沼气发酵机(2)，以干式发酵原理运作，以批次化作业产生沼气，各发酵机包括沼气排出口 (8-i)与吹扫气体入口 (16，-i)；沼气管线(12)，各个沼气发酵机O-i)的沼气排出口(8-i)均并合到该沼气管线 (12)；废气管线(沈)，用以将含二氧化碳的废气供应到各个沼气发酵机O-i)的吹扫气体入口 (16-i)；气体处理单元(20)，设置成连接于各沼气发酵机的沼气排出口(8-i)； 阀装置(30)，连接到该气体处理单元OO)的排出口 ； 沼气供应管线(38)，连接到该共同沼气管线(12)以及该阀装置(30)； 沼气返回管线(14)，连接到该阀装置(30)，并设置成连接到该各沼气发酵机Q-i)的吹扫气体入口 (16-i)；废气烟囱(19)，经由沼气/废气管线00)连接到该阀装置；新鲜空气管线(观)，设置成连结到各沼气发酵机O-i)的吹扫气体入口(16’ -i)；控制单元02)，用以将各沼气排出口(8-i)连通到该共同沼气管线(12)或到该气体处理单元OO)的入口，并且用以将各吹扫气体入口(16’ -i)连通到该废气管线06)或该新鲜空气管线08)；及测量装置(32、34、36、50、52)，连接到该控制单元(22)，测量传感器(32,50,52)用以侦测甲烷浓度，及测量传感器(34)用以侦测在至少一发酵器( 的气体混合物排出口处的二氧化碳浓度。
11.如权利要求10的沼气系统，其特征在于该侦测甲烷浓度的测量装置(32)是设置于该共同沼气管线(12)。
12.如权利要求10或11的沼气系统，其特征在于该侦测甲烷浓度的测量装置(50)是设置于该阀装置(30)与气体处理单元00)之间。
13.一种在前述权利要求10到12中任一项的沼气系统内多个沼气发酵机之一启动期间减少甲烷残料的方法，包括以下步骤a)关闭装载新鲜生物物质的沼气发酵机0-2)；b)从该要启动的沼气发酵机0-2)的废气管线06)及气体入口(16’-2)以含有二氧化碳的废气吹扫该已关闭的沼气发酵机0-2)，直到在该沼气发酵机(χ-i)内的二氧化碳浓度已经达到预定上限值(Ckdci)时，及/或直到在该沼气发酵机0-2)内的甲烷浓度已经达到下限值(Cmu)时为止；c)在超过该二氧化碳浓度上限值(C·)及/或该甲烷浓度下限值(Cmu)时，从该要启动的沼气发酵机(2- 供应气体混合物到该气体处理单元OO)；d)部分分离移除该气体处理单元OO)内的非甲烷成分，以提高该气体混合物中的甲烷含量；e)以该测量装置(50)测量该经处理气体混合物内的甲烷浓度；f)如在步骤e)所测量得的甲烷浓度低于预定上限值(CJ，则将该经处理气体混合物循环回到该沼气发酵机0-2)；且g)如在步骤e)所测量得的甲烷浓度已高于该上限值(Csro),则将该经处理气体混合物经由该沼气供应管线(38)供应到该共同沼气管线(12)。
14.一种在前述权利要求10到12中任一项的沼气系统内多个沼气发酵机之一停机期间减少甲烷残料的方法，包括以下步骤a)将该要停机的沼气发酵机0-2)的沼气排出口(8- 连通到该气体处理单元的入Π ；b)将该废气管线06)连通到该要停机的沼气发酵机0-2)的气体入口(16’-2)；c)将该沼气供应管线(38)以该阀装置(30)连通到该气体处理单元OO)的出口；d)从该废气管线06)供应废气到该要停机的沼气发酵机0-2)，直到在该气体处理单元OO)的排出口处，以该测量装置(50)测得的甲烷含量已经下降到预定上限值(Csro)为止；e)将该沼气供应管线(38)从该气体处理单元OO)的出口隔离；f)以该阀装置(30)连通该沼气返回管线(14)与该沼气/废气管线GO)；g)将该沼气返回管线(14)连通到仍在产生沼气的其它沼气发酵机0-1、2-3)的吹扫气体入口 (16-1、16-3)；h)继续将废气供应到该要停机的沼气发酵机0-2)，直到该沼气/废气管线00)内的甲烷浓度已经降到下限值(Cmu),或直到该共同沼气管线(12)内的甲烷浓度已经下降到该上限值(Csro)时为止；i)将该废气管线06)从该要停机的沼气发酵机0-2)的该吹扫气体管线(16’-2)隔1 ；j)将该沼气返回管线(14)从该沼气/废气管线GO)隔离，并将该沼气/废气管线(40)与该废气烟囱(19)连通；k)将该新鲜空气管线08)与该要停机的沼气发酵机(2-2)的气体入口(16’-2)连通， 并供应新鲜空气进入该要停机的沼气发酵机0-2)，直到该要停机的沼气发酵机0-2)内的二氧化碳浓度，由该测量装置(34)所测得的值已经降低到预定下限值(Ckdu)时为止；及 1)开启该停止运转的沼气发酵机0-2)。
全文摘要
本发明涉及一种在运转包括至少一沼气发酵机的沼气系统时减少甲烷残料的方法，以及实施该方法的沼气系统。在新装载物料的发酵机启动时，所产生的沼气中甲烷含量起始相当低，且二氧化碳与氮的含量相当高，以至于无法在电共生(CHP)装置中直接利用该沼气。以往在新装载物料的发酵机启动阶段，将所产生的低甲烷含量沼气直接排放到大气中，如果甲烷含量较高则加以烧除。这种作法会导致无法利用一部份的甲烷产物，甲烷残料。为避免这个结果，本发明将该启动阶段所产生的低甲烷含量沼气，送入气体处理单元，在此单元中将气体混合物中的非甲烷成分部分分离，所余的气体混合物甲烷含量提高，则返回到该沼气发酵机，这种操作持续到甲烷含量已足够高时为止。
文档编号C10L3/10GK102232108SQ200980147897
公开日2011年11月2日 申请日期2009年12月1日 优先权日2008年12月1日
发明者P·卢茨 申请人:贝肯能量科技股份两合公司