用于处理生物质的系统和方法与流程

背景技术：

国家可再生能源实验室(nrel)于2002年11月nrel/sr-510-33000提出了生物乙醇生产设备和热电联供(chp)设备协同定位的概念，以在生物燃料生产中利用chp热和电力。该报告提出了使用剩余生物质(biomass)(称为木质素(lignin))作为chp燃料的一部分的想法。

christensen等人在专利us2010041119a用于将纤维素材料转化为乙醇的方法和设备中定义了一种用于热水解的方法和装置。该专利定义了在连接到电网的chp装置中木质素的分离和共烧。

st1/ahokas等人在wo2009141495(a1)中定义了用于生物乙醇生产的方法和装置。该专利指出干物质将被用作生物燃料以部分地提供将在水解、发酵、蒸发和脱水装置中使用的热。

veoliawatersolutions&tech/hoejsgaard在wo2013117686(a1)中定义了用于使用固体物质作为燃料的连续水解的装置。

water&wastewater国际杂志在09/01/2012期刊上提出了实际废水和污泥处理中的热水解的示例。结论是，当利用热水解处理废水污泥但不干燥时达到最佳能量平衡。经干燥的污泥产生更好的能量生产，但是在干燥处理中要求比通过燃烧较少潮湿的污泥获得的能量更多的能量。

vtt/alakangas2000(芬兰使用的燃料的特性)根据干质量含量和有效热值估计了基于生物的燃料的能量效率。

化石燃料产生对自然有害的排放物。生物燃料的生产要求外部能量。用于生物燃料生产的外部能量的生产在生产单位生物燃料所要求的能量方面降低了生物燃料生产的效率。

技术实现要素：

包括方法和系统的实施方式以独立权利要求中所陈述的内容为特征。其它实施方式在从属权利要求中限定。

一些实施方式提供来自可再生生物质的交通燃料、热和电力的自给自足生产，并且使得能够存储能量源以供随后用作控制和补偿电力。

附图说明

在下面的描述中，将参考以下附图来描述实施方式，在附图中：

图1示出了根据实施方式的系统的示例；

图2示出了根据实施方式的系统中的材料流的示例；

图3示出了根据实施方式的水解装置的示例；

图4示出了根据实施方式的方法的示例；

图5示出了根据实施方式的用于自给自足能量生产的系统中的处理示意图的示例；

图6是根据实施方式的系统中的能量流的示例；

图7示出了根据实施方式的系统中的热隔离的示例；

图8示出了根据实施方式的用于系统的控制器的示例；以及

图9示出了根据实施方式的用于控制系统的方法的示例；

图10示出了根据实施方式的用于系统的热电联供设备的示例；以及

图11示出了根据实施方式的用于控制消化的系统和方法；

图12示出了根据实施方式回收用于水解的热能；

图13示出了根据实施方式的用于系统的干燥循环；

图14示出了根据实施方式的用于外部电能源的控制电力。

具体实施方式

以下实施方式是示例性的。尽管说明书可能在文本的多个位置处提及了“一个”或“一些”实施方式，但是这并不一定意味着每个引用都是对相同实施方式做出的，或者特定特征仅适用于单个实施方式。不同实施方式的单个特征也可以组合以提供其它实施方式。

图1示出了根据实施方式的系统的示例。该系统100包括热电联供(chp)设备102、用于将生物气馈送到交通燃料生产单元104的接口114、到区域加热系统106a和电网106b的接口114、以及水解装置108、消化装置110、干燥器116和热回收单元112、以及颗粒机105，它们被可操作地联接以传递热、处理的中间产物和最终产物。所述联接可以通过包括例如本领域技术人员已知的管道、热传递单元和阀的结构来实现。该系统处理生物质原料并产生热、电力、生物燃料和/或颗粒。优选地，生物燃料是由交通燃料生产单元处理的生物气，并且所述生物气适于在例如汽车的交通工具中用作交通燃料。该系统是自给自足的，使得不需要外部能量源来处理生物质。应当理解，可以在启动阶段之后实现操作的自给自足阶段，其中第一批次(batch)的生物质被处理以获得用于处理后续批次的能量。在足够量的生物质原料已经被处理并且经干燥的生物质(例如颗粒)已经被生产以用于为chp设备加燃料以生成用于后续批次的生物质的处理的电力和热之后可以到达所述自给自足阶段的操作。

chp设备执行经干燥的生物质的燃烧和从燃烧中获得的热产生电力。生物质的燃烧可以用于加热水以获得用于驱动驱动用于产生电力的交流发电机或发电机的涡轮机的水蒸气，即蒸汽。参考下面的图10描述chp设备的示例。

消化装置通过对由水解装置处理的生物质进行厌氧消化而产生生物气。消化装置可以具有一个或更多个容器，其中通过厌氧消化处理生物质。生物质可以在消化中作为多个批次被处理，或者消化装置可以是连续处理装置。优选地，每个容器都具有混合设备，以使生物质在该容器内循环。所述混合设备混合生物质并释放用于生物质的甲烷。

交通燃料生产单元从消化装置获得生物气，并且通过从生物气中提取不期望的物质将生物气提炼成高品级生物甲烷。从消化中获得的生物气包括ch4、co2、h2o、s2和其它不期望的物质。交通燃料生产处理从消化装置获得的生物气，并产生符合国家和国际规定的提炼生物气。提炼生物气符合国家和国际规定，并具有87-98％的甲烷(ch4)。交通燃料生产单元可以是任何类型的生物燃料净化目的装置，包括但不限于基于膜或水洗技术的装置。

干燥器获得由消化装置处理的生物质。干燥器从生物质中除去水分。结果产生了固体生物质(sbm)。sbm的干物质含量可以在40至95％的范围内。所述干燥器包括三个部分：

1)机械干燥器(md)

2)热干燥器预加热器(tdp)

3)热干燥器(td)。

首先将生物质接收到md，然后将由md干燥的生物质输送到tdp。在tdp中预加热生物质之后，将生物质输送到td。因此，首先在md中干燥生物质以提取尽可能多的水。用于机械干燥器的一个优选装置是使用螺旋压榨干燥器，因为它可以除去高达50％干物质含量的水分，但是其它装置是可接受的，只要它们能够有效地除去大量的湿度。md可以被隔离以保持生物质的大部分热。sbm可以从干燥器被馈送到颗粒机105，以用于将sbm处理成颗粒或团块，以使得能够更容易地实现干燥处理和储存。可选颗粒机可以协同定位到干燥器上。

tdp是热交换器单元，其从生物质回收包括在水蒸汽(即蒸汽)中的热能，并且然后将一部分热能带回到该处理。其可以是md与td之间的热隔离输送机的类型。输送机可以用于将部分干燥的生物质从md移动到tdp和td。热能连接管道可以从td的端部中的生物质回收蒸汽，并将其输送到tdp，其中蒸汽通过热交换器释放。蒸汽中的湿度可以在tdp之后返回到所述处理。

所述td包括：

1)在水解装置与td之间的蒸汽收集管道

2)建立与生物质的热连接的干燥器单元，如旋转干燥器、带式干燥器或将热释放到部分干燥的生物质的类似物

3)收集管道，以将干燥器蒸汽返回到tdp。

热回收单元是热能收集和循环系统，该系统提供从系统的一部分到另一部分的热的回收和馈送。热回收单元提供系统的自给自足，使得至少在系统的启动阶段之后和当连续操作时不需要外部电源。热回收单元可以由在系统的各个部分之间(例如在水解装置与td之间以及在水解装置内)收集和馈送蒸汽的管道形成。图5中示出了上述干燥器的结构，其中可以详细参考干燥器在处理生物质时的操作。

水解装置执行生物质的水解。在水解中，生物质与水和水蒸气(即蒸汽)混合，以用于灭菌和水解。所述水解装置包括一个或更多个加热和加压的容器单元，其能够处理超过15巴的操作压力。因此，所述容器适于在200℃以上加热生物质以用于生物质的灭菌和卫生化。在水解中，使用水将碳水化合物分解成较小的部分。以这种方式，在水解装置中处理的生物质可以比在不执行水解的情况下更容易和更快地在消化装置中转变成生物气。水解温度和压力根据所论述的生物质而变化。通过实验获得的结果显示200℃的温度足以向大多数生物质提供水解。在图3中更详细地论述了水解容器的结构。

在一个实施方式中，水解装置和消化装置可以根据厌氧消化系统的尺寸、系统尺寸和处理的期望控制点在单个装置中实现。可以使用相同容器来执行生物质的水解和消化。因此，水解可以是厌氧消化的四个阶段中的一个：水解、酸生成、乙酸生成和甲烷生成。

在一个实施方式中，可以基于在容器中执行的厌氧消化的阶段不同地布置容器在消化装置中的位置，使得可以提供生物处理的效率。例如，酸生成可以在比乙酸生成和甲烷生成更冷的容器中进行。因此，执行酸生成的容器可以位于比进行乙酸生成或甲烷生成的容器更少被加热和/或具有更低热绝缘的区域中。

控制器101可以连接到系统中的装置，以用于监测和控制所述处理。控制器可以连接到一个或更多个传感器，所述传感器包括例如来自包括可操作地联接到水解装置、热回收单元、消化装置、干燥器和接口中的一个或更多个的湿度传感器、重量传感器、ph传感器和/或压力传感器、温度传感器的组中的一个或更多个，以用于监测由系统处理的生物质的批次中的相应限制。

图2示出了根据实施方式的系统中的材料流的示例。该系统可以是图1中所示的系统。在203中，生物质原料被接收到系统中以进行处理。生物质可以首先在执行生物质的灭菌和厌氧消化的生物燃料处理装置(bfpd)或生物燃料处理单元207中被处理。所述厌氧消化可以在几个阶段中执行，其中一些阶段可以具有如上所述的用于水解装置208的专用容器。在下文中，材料流被描述为具有用于在水解装置208中的水解和在消化装置210中的消化、酸生成、乙酸生成和甲烷生成的其它阶段的单独容器(在图2中仅描述了一个容器)。水解装置208和消化装置210可以被包括在bfpd中。水解装置具有一个或更多个容器，其中每个容器执行生物质原料的水解。由水解装置处理的生物质被馈送到消化装置210。消化装置包括一个或更多个容器，其中执行生物质的厌氧消化。

所述消化产生生物气和被消化的生物质。被消化的生物质被馈送到干燥器216，并且从消化装置获得的生物气经由接口204被馈送到交通燃料生产单元205。在干燥器中，从生物质中除去水并且产生固体生物质(sbm)。在交通燃料生产单元中，生物气被提炼成交通燃料，例如生物甲烷。作为副产品，交通燃料生产单元可能产生二氧化碳，co2。sbm被从干燥器馈送到chp设备202，其中sbm被燃烧，并且从而产生电力和热。所述电力可以经由接口206a被馈送到电网以用于分配，并且所述热可以经由接口206b被馈送到区域加热系统。所述热可以作为热水、水蒸汽(即蒸汽)或适于热传递的任何其它介质被传递到区域加热。

图3示出了根据实施方式的水解装置的示例。水解装置可以被安装到图1的系统。水解装置可以包括多个容器302a、302b，使得可以同时处理多个批次的生物质原料。每批次可以在多个阶段中进行处理。以这种方式，可以增加来自水解装置的经处理的生物质的输出，并且可以提供水解的能量效率。所述能量效率可以通过在水解的不同阶段中的多个批次之间的热的传递来提供。

水解装置可以包括用于向容器馈送热的输入阀306a、306b。所述热可以是水蒸汽(即蒸汽)的形式。在水解的不同阶段中，可以控制输入阀以从chp或从另一水解容器馈送热。可以根据在涡轮机之后还是之前获得蒸汽，在不同的温度下获得来自chp的热。涡轮机之后的蒸汽可以具有比在涡轮机之前来自锅炉的蒸汽的温度(大约500℃)更低的温度(大约125℃)。

输入阀304a、304b使得能够将水和生物质原料馈送到容器。输出阀310a、310b使得能够将余热输送出容器，以在系统的其它部分或另一水解容器中使用。在图3中，从容器传递出的热量由箭头314a、314b示出。所述热可以例如在干燥器中使用。另一方面，所述热可以在水解装置内被馈送到另一水解容器。以这种方式，当针对多个批次在连续阶段中执行水解时，在不同阶段中处理的批次可以交换热，使得来自在一个容器302a中处理的一个阶段的余热可以被传递到在另一个容器302b中处理的可能要求更多热的另一阶段。

蒸汽罩308a、308b可以安装在输出阀和容器之间。蒸汽罩从容器接收水蒸汽(即蒸汽)，并且降低蒸汽的压力，使得阻止来自容器的热处理生物质进入蒸汽输出阀并且朝向系统的其它部分或另一水解容器。由于压力被降低，固体生物质可以例如在容器和/或蒸汽罩中关于从容器到输出阀的蒸汽的流动方向保持向上。

容器具有输出阀312a、312b，以允许经处理的生物质能够传递到消化装置。

图3的水解装置可以在根据实施方式的用于生物质的灭菌和水解的方法中使用。该方法包括可以由每个容器执行的三个阶段：

1)在第一阶段中，利用来自chp装置蒸汽的热能加热容器302b中的生物质。根据发电涡轮机之后的chp蒸汽输出温度，将生物质加热至120-125℃。

2)在第二阶段中，通过从容器302a中的第三加热阶段回收热来加热容器302b中的生物质。根据第三阶段加热的生物质的温度(165-200℃)，温度在容器302b中到140-160℃之间升高。生物质温度将大致是第一阶段和第三阶段的平均值。

3)在第三阶段中，容器302b中的生物质在涡轮机之前利用来自chp处理的非常热的蒸汽(>+200℃)进行加热，并且其将生物质的温度升高到用于最终水解和灭菌温度的165-200℃之间的水平。所述最终温度取决于待处理的生物质的类型和希望的处理温度。

在水解的第三阶段完成之后，可以通过打开蒸汽输出阀310b来清空水解容器，并且在打开蒸汽输出阀之后，可以打开生物质输出阀312b，以用于将生物质从水解容器传递到消化装置。蒸汽罩防止经处理的生物质进入蒸汽输出阀310b。

在上面参考图3描述的水解中，水解容器被连接，使得热能(例如热或水蒸气，即蒸汽)可以从在一个水解容器中处理的该批次的第三阶段被回收到用于加热阶段2的另一水解容器中。容器之间的连接可以由管道提供，该管道可以是系统的热回收单元的一部分。

在具有足够的热传导时间的优化应用中，一半的回收热能可以从一个容器中的水解阶段3传递到另一个容器中的水解阶段2。在某些设备中，来自chp装置的废气也可以在加热水解阶段2时使用。

图4示出了根据实施方式的方法的示例。该方法可以由图1中所示的系统执行。水解装置可以根据图3的示例。该方法可以产生图2中所示的材料流。

该方法可以在系统处于操作的自给自足阶段中开始402。可以在启动阶段之后实现操作的自给自足阶段，其中，第一批次的生物质被处理以获得用于处理后续批次的能量。在足够量的经干燥的生物质(例如颗粒)已经被生产以便给chp设备加燃料以生成用于后续批次的生物质的处理的电力和热之后可以到达所述自给自足阶段。

在'a'404中，生物质原料可以被接收到水解装置中。优选地，对接收的生物质进行预处理。该预处理可以包括去除任何多余的材料(例如石头和沙子)和/或清洁和粉碎生物质。水床可以用于清洁生物质。可以使用合适的粉碎装置将生物质粉碎成所期望的颗粒大小。

生物质可以包括来自藻类或含油植物的生物乙醇生产处理和生物柴油生产的废生物质，其中通过对生物质施加压力从植物中提取油。生物质还可以包括基于动物的生物质，例如肥料和动物遗骸。

水解可以是热水解处理，其中生物质的温度升高至160至180摄氏度之间的水平。也可以使用高压。水解可以包括生物质的卫生化(hygienization)。所述卫生化可以通过将生物质的温度设置为70摄氏度达60分钟来实现。水解处理可以包括例如如上文结合图3所描述的几个阶段。

在使用三个阶段的水解中，当通过倚靠每个阶段的温度和时间的目标值对温度和时间的测量来控制时，将热馈送到一个批次，由此基于满足当前阶段的温度和时间的目标值将该批次从当前阶段传递到新阶段。用于水解的热、蒸汽和水可以从chp获得。

在'b'406中，可以将由水解装置处理的生物质馈送到消化装置。在消化装置中，生物质经历厌氧消化。所述消化可以在一个或更多个容器中执行，每个容器执行厌氧消化处理的一个或更多个阶段。所述厌氧消化处理的阶段包括：水解、酸生成、乙酸生成和甲烷生成。水解装置和消化可以如上所述在单个容器中执行，由此步骤404和406可以组合。然而，如果水解在单独装置中执行，则可以执行厌氧消化的剩余阶段，从而进行酸生成、乙酸生成和甲烷生成。

在示例中，消化装置是部分生物质转化为生物气的密闭容器或容器。其是能够保持液体或半固体生物质的容器。其具有用于生物质的一个入口连接、用于生物气排出的一个输出端和用于被消化的生物质排出的一个输出端。图11示出了消化装置的示例。

优选地，所述消化是嗜热的。这可以通过将温度保持在50-55℃之间来实现。另一方面，其它厌氧消化处理可以应用于生物质。厌氧消化处理的一个示例是嗜温处理。在嗜温处理中，可以保持34℃的处理温度。

在408'c'中，在消化装置中获得的生物气可以被馈送到交通燃料生产单元。

在410'd'中，可以从水解装置回收热。

在412'e'中，由消化装置处理的生物质可以通过从水解装置回收的热进行干燥。在消化装置中未转化为生物气的剩余生物质可以被从消化装置馈送到干燥器。生物质可以被干燥成固体生物质(sbm)以用于chp装置中的能量产生。

在414'f'中，可以从干燥器回收热。

在416'g'中，从干燥器回收的热可以被馈送以预加热所接收的生物质原料。

在418'h'中，从干燥器回收的热可以被馈送到区域加热(106a)。

在420'i'中，电力的生产可以由来自干燥器的经干燥的生物质加燃料。电力可以在chp中由经干燥的生物质的燃烧产生。热可以在热(例如蒸汽)进入涡轮机之前和/或在热已经行进通过涡轮机之后从chp被回收。在涡轮机之前的热比在涡轮机之后的热更热。所回收的热可以被馈送以进行水解、消化、干燥和/或区域加热。图10中示出了热回收，其示出了热电联供设备的示例。

在经干燥的生物质已经在chp装置中燃烧之后，可以从经干燥的生物质的灰烬中收集钾和磷。假定大多数有害化合物在燃烧处理中由于高温(700-800℃)而被破坏。灰烬可用作肥料。

在422中，该方法在来自chp、水解装置和/或干燥器的热已经被回收并在预加热、消化、干燥和/或区域加热中被使用之后结束。该方法在经干燥的生物质已经被生产用于通过chp给电力的生产加燃料之后结束。由chp产生的热可以在水解、消化、干燥和/或区域加热中使用。电力可以用于为交通燃料生产单元供电。

应当理解，当系统处于连续操作阶段时(其中至少一个批次的生物质已经被干燥用于给chp加燃料)，上述方法可以在系统(例如图1中的系统)中连续地执行。因此，可以在系统的操作期间重复该方法，并且可以重新执行该方法的步骤。以这种方式，可以处理多个批次的生物质，并且从所接收的批次获得的能量可以用于处理随后接收的批次的生物质。优选地，执行该方法的系统处理每批次的生物质原料，使得可以从该生物质原料获得热、经干燥的生物质、电力和交通燃料。经干燥的生物质可以被粒化以在chp中使用。

图5示出了根据实施方式的用于自给自足能量生产的系统中的处理示意图的示例。在所描述的处理示意图中，通过可以根据图1中的系统配置的包括chp55、水解装置57、消化装置51、交通燃料生产单元52、干燥器54、水解装置57的系统处理生物质原料。因此，chp55、水解装置57、消化装置51、交通燃料生产单元52和干燥器54可以对应于图1中的chp102、水解装置108、消化装置110、交通燃料生产单元104和干燥器116。系统中的材料流可以如图2所示。水解装置可以如图3中描述那样来实现。处理示意图可以实现图4的处理。

所述处理示意图说明如下处理：

在系统中接收生物质原料515a、515b。优选地，生物质原料被预处理(例如经粉碎的生物质)并且与来自chp的水和水蒸汽(即蒸汽)511、513混合，并且被输送到生物燃料处理单元以用于水解和灭菌。所述生物燃料处理单元可以指水解装置或组合水解装置和消化装置的功能的单元。

如图3所示，在生物燃料处理单元中，灭菌和水解发生在三个阶段中：

a)水解和灭菌的第一阶段是利用来自chp的热511加热生物质。

b)水解和灭菌的第二阶段是利用在第三阶段加热之后从生物质中回收的热512加热生物质。

c)生物质水解和灭菌的第三阶段是利用来自chp的非常热的蒸汽513加热生物质。

在水解和灭菌之后，将经灭菌的生物质514输送到消化装置。生物气在消化装置中通过酸生成(acidogenesis)、乙酸生成(acetogenesis)和甲烷生成(methanogenesis)的处理阶段产生。在甲烷生成的处理阶段之后，结果或处理是生物气520和经处理的生物质540。

生物气520被输送到交通燃料生产单元52，其中，生物气520被提炼成高品级甲烷、生物甲烷燃料530。从生物气520中除去二氧化碳531、水532和其它不期望的物质，如硫533。

经处理的生物质540被收集并传递到干燥器单元。首先在机械干燥器54a中干燥生物质，得到部分干燥的生物质541和营养丰富的废弃水544。

部分干燥的生物质541经由位于热干燥器预加热器54d中的热隔离输送机54c传递到热干燥器54b。干燥器蒸汽542从热干燥器54b被传递到热干燥器预加热器54d，其中其在热干燥器54b之前加热部分干燥的生物质541。蒸汽和冷凝水545返回到该处理。

在热干燥器54b中，部分干燥的生物质541利用来自形成sbm551和干燥器蒸汽542的bfpd57的水蒸气(例如蒸汽)543被加热。

sbm551可以储存在sbm储存器56中并且用作chp设备55中的燃料以被燃烧产生热水和蒸汽560形式的能量，其可以进一步用于产生电力561。

该系统可以包括用于连接消化装置和机械干燥器的快捷管路(short-cutpiping)53。在批次污染的情况下，被污染的批次将经由快捷管路被引导到干燥器。以这种方式，可以对消化装置中被污染的容器进行灭菌并且利用来自热电联供装置55的热水560进行洗涤。

图6是根据实施方式的系统中的热能流的示例。所述热能流参照热进行描述，但热也可以是热水或蒸汽，即水蒸气。参考对应于图1中的水解装置108、干燥器116和消化装置110的水解装置622和热干燥器623来描述所述热能流。水解装置可以如图3中所描述的那样来配置。干燥器的结构可以如图5中所描述的。

在601中，热从chp被接收到水解装置622。所述水解可以在三个阶段604、605、607中执行。来自chp的热可以用于将被接收到水解的生物质加热到用于水解的第一阶段604的期望温度。在来自由水解装置处理的批次608的最后阶段607水解之后的热可以被馈送609到由水解装置处理的下一批次的第二阶段605。水解的第三阶段可以接收来自chp的热603。从chp到第一阶段的热601可以在chp中的涡轮机之后被回收，而到第三阶段的热603可以在涡轮机之前从chp被回收。

水解可以产生在水解装置内未使用的余热610。该余热620可以被馈送以预加热被接收到水解装置的生物质602。另一方面，余热611、612可以被馈送以在热干燥机和/或区域加热中使用。余热中的一些611可以在热干燥器中使用，并且余热中的一些可以在区域加热中使用。如果在热干燥器或区域加热中不使用余热，则可以在水解之前馈送621余热以预加热生物质原料602。

另一方面，余热610可以附加地或替代地被馈送611到热干燥器以在干燥生物质时使用。另一方面，在热干燥器623中未使用的余热610可以被馈送621到水解装置以在干燥生物质时使用。

厌氧消化消耗一些热能613。此外，被消化的生物质的机械干燥也消耗热能614。

在热干燥器623中，从水解装置、chp、消化装置和热干燥器616回收的热可以被回收并在热预干燥器615中使用618，或者被馈送以预加热在水解装置中接收到的生物质。一些热能可能被留在固体生物质619中。

应当理解，chp产生可用于为系统中的操作供电的电力，所述操作包括生物质的预处理、使消化装置中的生物质循环、颗粒的生产、交通燃料的生产以及处理的自动化，例如操作阀和输送带。多余的电力可以被馈送到电网。

图7示出了根据实施方式的系统中的热隔离700的示例。所述热隔离可以包括热隔离块702和热辐射隔离704。所述隔离块可以是例如矿棉。所述辐射隔离可以是金属箔。系统或系统的部分可以通过热隔离被隔离并且位于热隔离空间706中，其中非移动空气用作隔离。该系统可以是图1中所描述的系统。所述热隔离可以用于隔离图1中所示的系统的一个或更多个部分。因此，系统的每个部分都可以通过三层隔离来隔离，所述三层隔离包括：1)用于减少热传导的隔离块层；2)用于将热辐射返回到装置的金属箔层；3)非移动空气形式的隔离层。

实施方式涉及一种升级现有chp设备的方法。现在参考图2中的项，bfpd207、交通燃料生产单元和干燥器可以与现有chp装置组合。以这种方式，可以处理生物质以为chp中的电力和热的生产加燃料。传统化石燃料chp可以被转化为由可再生能操作的chp和可再生交通燃料的生产设备。

图8示出了根据实施方式的系统的控制器800的示例。所述控制器800可以是图1的系统中的控制器。所述控制器包括用于与系统的装置以及传感器、阀和输送带中的一个或更多个进行通信的接口单元814。处理单元(pu)802被连接到接口单元以用于与系统进行通信。存储器804和选择器单元812可以被连接到处理单元。所述存储器可以存储用于由处理单元执行的指令。所述处理单元可以如用于控制热的回收、材料的控制流和系统的监测参数的指令所指示的那样操作通信单元和选择器单元。

所述通信可以是有线的或无线的。有线连接可以通过电布线被植入，例如作为以太网连接或现场总线(例如，工业现场总线(profibus))。无线连接可以例如使用基于ieee802.11的无线局域连接来实现。

选择器单元可以选择要在用于处理生物质的系统中使用的参数808、810。所述参数可以包括处理生物质的不同部分或阶段的温度值、湿度值、ph值、压力值和/或重量值中的一个或更多个值。选择器单元可以基于正被处理的生物质的类型来执行要使用的参数的选择。还可以使用从传感器获得的信息来确定系统的部分和由系统处理的多个批次的生物质中的至少一个批次之间的热流的特性。所述热流的特性可以在确定系统中的参数时使用。

应当理解，控制器中的单元之间的连接可以是电连接，并且所述单元中的一个或更多个可以组合成单个单元，或者特定单元的功能可以在其它单元之间划分。

选择器单元、控制器和接口单元可以被提供为单独单元，或者它们可以被集成到单个单元中。可以根据需要在所述单元的每个中提供存储器以存储信息，所述信息包括但不限于处理参数、重量值、ph值、温度值和压力值以及计算机程序代码。单独单元可以如上所述通过有线和无线连接进行通信。单元还可以在计算机、扩展总线卡、电路、芯片、处理器、微控制器或它们的组合中实现。

图9示出了根据实施方式的用于控制系统的方法的示例。该方法可以由图1中的控制器来执行。所述控制器可以实现为图8中的描述。当控制器被安装到用于处理生物质的系统时，该方法可以开始902。图1中示出了系统的示例。该系统优选地达到其自给自足地操作的操作阶段，或者至少一个水解容器已经达到水解的最后阶段。水解可以具有如上所述的三个阶段。

在904中，打开水解容器的热输出阀。热输出阀可以是连接到热回收单元的热输出阀。热通过输出阀从容器被释放。热可以经由热回收单元被传递到另一水解容器、消化装置、干燥器或区域加热。

在906中，可以测量水解容器的温度和/或压力。温度传感器和/或压力传感器可以被安装到水解容器以测量水解容器内的温度或压力。还可以测量所经过的时间。可以关于处理中的一个或更多个事件来测量时间。事件可以是在904中的热阀的打开。因此，可以测量温度、时间和压力中的一个或更多个，并且可以连续地或者由事件(例如热阀的打开)触发进行测量。

如果在908中，时间、压力和/或温度的测量值超过针对相应值设置的阈值，则该方法可以进行到910，其中生物质输出阀被打开以用于将生物质传递到消化装置。可以通过实验设置用于时间、压力和温度的阈值，使得可以将来自水解容器的热回收的效率保持为高，同时优化作为每单位时间处理生物质测量的处理的产量。如果在908中未超过设定阈值，则该方法继续到906。

在实施方式中，可以在确定水解装置内的压力水平的降低低于压力的阈值之后打开生物质输出阀。以这种方式，从水解容器流出的生物质流可以保持在控制下并且避免对可能在附近的人员的危险。

在912中，该处理可以在生物质已从水解容器中去除之后结束。之后，该水解容器可以重新加载可以分阶段处理的下一批次的生物质。在下一批次的水解的最后阶段中，可以从902再次执行该方法。

图10示出了根据实施方式的用于系统的热电联供设备的示例。chp设备包括锅炉1002、涡轮机1004、发电机1008和烟囱1014。chp设备可以是图1中所示的系统的一部分。图2示出了该系统的材料流。所述材料流可以作为图4中所描述的处理的一部分获得。由系统处理的经干燥的生物质在锅炉中燃烧，并且来自锅炉的废气可以被馈送到烟囱。经干燥的生物质可以在燃烧之前被粒化。所述锅炉产生蒸汽，即，被馈送到驱动用于产生电力1012的发电机的涡轮机的水蒸气。chp设备可以包括必要的装置，包括用于将来自锅炉的废气1016和/或来自涡轮机的蒸汽1006、1018形式的热能回收到系统中的水解装置、消化装置和热干燥器的管道、管路和阀。当chp设备包括多于一个涡轮机时，热能1006可以在最后一个涡轮机之前被回收和/或热能1018可以在最后一个涡轮机之后被回收。以这种方式，针对热能的高需求，蒸汽1006可以在用于驱动至少一个涡轮机之后但是在蒸汽进入最后一个涡轮机之前被回收。另一方面，如果对热能的需求低，则可以在chp设备中的所有涡轮机之后回收蒸汽1018。所描述的chp设备提供可适于为了处理水解装置、消化装置和干燥器中的生物质馈送的热能的量。

本设备包括可以在实施方式中使用的处理器和存储器。例如，控制器、接口单元和选择器单元可以是软件应用程序或模块或被配置为算术运算的单元，或者作为由操作处理器执行的程序(包括额外的或更新的软件例程)。包括软件例程、小应用程序和宏的程序(也称为程序产品)可以存储在任何设备可读取数据存储介质中，并且它们包括用于执行特定任务的程序指令。用于实现实施方式的功能所要求的所有修改和配置可以作为例程来执行，其可以被实现为额外的或更新的软件例程、应用电路(asic)和/或可编程电路。此外，软件例程可以下载到设备中。诸如控制器或相应控制器模块的设备可以被配置为计算机或微处理器，诸如单芯片计算机元件，其至少包括用于提供用于算术运算的存储区域的存储器和用于执行算术运算的操作处理器。所述操作处理器的示例包括中央处理单元。所述存储器可以是可拆卸地连接到设备的可移动存储器。

图11示出了根据实施方式的用于控制消化的系统和方法。所述消化可以是在图1的系统中的消化装置中执行的厌氧消化。图11的系统和方法可以提供控制厌氧消化的程度。在该系统和方法中，测量由消化装置处理的批次的重量和从消化装置输出的生物气的湿度，以用于确定生物质的消化的终止。

控制消化的程度可以用于控制用于热和电力生产的作为生物甲烷和固体生物燃料的所生产的生物燃料、交通燃料的量。有利于更多固体生物燃料生产以产生更多热和电力，所述厌氧消化将在所有可消化的生物质转变成生物气之前中断。为了确保自给自足操作，需要产生足够的固体生物质以为该处理提供足够的热能。还可能因为经济情况希望控制生物气和固体生物燃料的量，例如在寒冷气候的冬天，需要比交通燃料更多的电力和热能，并且然后在经济上有利于生产更多固体生物燃料和更少生物气。

通过来自厌氧消化装置1106的被消化的生物质1103的量控制所产生的固体生物质的量。生物质1101由输入泵ad1104经由输入阀ad1105被泵送到ad装置1106，在那里生物质被消化。消化结果是生物气1102和被消化的生物质1103。为了设置处理已经达到消化程度并且被消化的生物质1103的期望量可用的时间点，控制单元1112监测由重量传感器1107测量的ad装置1106中的生物质的重量变化，添加生物气输出1102中的水蒸气的质量作为基于来自气体体积计1110的信息和来自湿度测量1111的信息的函数或者通过其它方式称量生物气中的水量。

例如，1101中的生物质的批次重量为1000kg，并且批次的干物质重量为100kg，根据该信息，我们知道水的量mwaterinbiomassin为900kg。我们将期望量的被消化生物质(mdigestedbiomassout)设定为55％，等于批次中的55kg。在来自重量传感器1107的质量信息(madbatch)为945kg并且通过来自气体体积计1110和湿度测量1111装置的信息测量的生物气输出中的水(mwaterinbiogasout)1102为10kg的时间点处，批次就绪并且可以从由操作输出泵ad1109并且打开输出阀1108的控制单元1112控制的ad装置1006移动。生物质批次中的干物质含量是：

mdigestedbiomassout＝madbatch+mwaterinbiogasout-mwaterinbiomassin

mdigestedbiomassout＝945kg+10kg-900kg

mdigestedbiomassout＝55kg。

图12示出了根据实施方式的回收用于水解的热能。热能的回收可以在图1的系统中执行。热能可以从由水解装置处理的生物质回收。所述水解装置可以是图3中的水解装置。因此，可以在由水解装置处理后根据从水解装置中去除的一批次的生物质中回收热。下一批次的生物质可以通过由从经处理批次的生物质中回收的热回收的热被加热。当热从经处理批次传递到将由水解装置处理的下一批次时，经处理批次的生物质被冷却并且可以被馈送到消化装置。

热回收可以由热交换器单元执行。所述热交换器单元可以包括双热交换器组件，以便比仅由一个热交换器更有效地冷却经水解的生物质。还可以在水解之前在生物质预加热时使用更多热。来自水解的热能通过经由热交换器a1210运行经水解的生物质1201被回收，其中经水解的生物质1201通过部分加热的工艺用水(processwater)1205被冷却成部分冷却的生物质1202。部分加热的工艺用水1205从经水解的生物质1201回收热能，并且变成加热的工艺用水1206，以在水解前在生物质预加热中使用。接下来，部分冷却的生物质1202通过泵1207被泵送到热交换器b1211，在那里其在1204中被工艺用水冷却成经冷却的生物质1203。在热交换器b1211中的处理中，工艺用水1204被加热成部分加热的工艺用水1205。控制单元1209测量经冷却的生物质1203的温度，并通过设置泵1207的速度来调节热传递操作。如果经冷却的生物质1203太热，则控制单元1209将泵1207设置为较低速度，以使得能够更好地将热从生物质1201和1202传递到工艺用水1204&1205。如果经冷却的生物质1203太冷，则控制单元1209将泵1207设置为较高速度，以使得能够将较少的热从生物质1201&1202传递到工艺用水1204&1205。

例如，工艺用水的温度为40℃，并且经水解的生物质的温度为100℃。首先，将经水解的生物质在热交换器a中从100℃冷却至接近80℃，并且进入热交换器a的部分加热的工艺用水在热交换器a中从接近60℃被加热至接近80℃。接下来，部分冷却的生物质在热交换器b中通过工艺用水从接近80℃冷却至接近60℃，工艺用水从40℃的温度被加热至接近60℃。可以通过以较慢的速度驱动泵，使用较冷的工艺用水(例如30℃)或将冷却水泵送至厌氧消化器来布置经冷却的生物质的进一步冷却。

如果热量在热交换器a中被完美地传递，则用于生物质预加热的经加热的工艺用水的温度和部分经冷却的生物质的温度处于相同温度，接近80℃。此外，如果热在热交换器b中被完美地传递，则部分经冷却的生物质的温度和部分经加热的工艺用水的温度处于相同温度，接近60℃。如果仅使用热交换器，则经冷却的生物质的温度和经加热的工艺用水的温度将接近70℃。

图13示出了根据实施方式的用于系统的干燥循环。干燥循环可以在图1的系统中的干燥器中被执行。如上所述，干燥器可以包括机械干燥器1302、热干燥器1304。在消化装置中消化生物质之后，生物质可以被接收到干燥器。所接收到的生物质可以首先在干燥循环中通过机械干燥器被干燥，并且在机械干燥器之后通过热干燥器被干燥。所述机械干燥器和所述热干燥器形成干燥循环的部分，其中每个部分都干燥生物质特定时间。基于通过热干燥器干燥的生物质的湿度水平和/或到热干燥器的可用热(例如蒸汽)确定干燥循环中的机械干燥部分和热干燥部分的比例。

机械干燥器1302和热干燥器1304干燥处理二者可以分别被控制，以确保经干燥的生物质1305中的期望湿度水平。被消化的生物质1301首先在机械干燥器1302中被干燥。在机械干燥器之后，将部分干燥的生物质1303传递到热干燥器1304。在热干燥器1304中，干燥部分干燥的生物质，直到其达到期望湿度水平。部分干燥的生物质的湿度水平由湿度传感器1306监测。当达到所期望的干物质水平时，干燥循环结束，并且经干燥的生物质1305从热干燥器1304被释放。控制单元1309经由湿度传感器1306监测部分干燥的生物质1303的湿度水平。控制单元1309可以调节控制阀1308以控制1307中的热，其干燥热干燥器1304中的部分干燥的生物质1303。控制单元1309还可以控制机械干燥器控制单元1310以调节机械干燥器1302中的干燥处理的程度和部分干燥的生物质1303的湿度水平。

例如，如果湿度水平在可接受水平，则控制单元1309通过湿度传感器1306监测经干燥的生物质1305的湿度水平，控制单元1309可以通过控制控制阀1308来调节热量1307。如果经干燥的生物质输出1305中的湿度水平在可接受水平，则控制单元1309可以通过调节控制阀1308来限制1307中的热量，直到由湿度传感器1306监测到经干燥的生物质输出1305中的湿度在可接受水平为止。这样热能可以被传递用于其它目的。如果在1307中存在比热干燥器1304中所需要的更多的热量，则控制单元1309可以调节机械干燥和热干燥的水平。在这种情况下，控制单元1309可以驱动机械干燥器控制单元1310以控制机械干燥器1302中的干燥处理，以从被消化的生物质1301去除较少的湿度并且在机械干燥处理中节省电能。在这种情况下，控制单元1309可以调节控制阀1308以使1307中的更多热量对由湿度传感器1306监测的干燥的生物质输出1305的结果执行可接受的干燥。

图14示出了根据实施方式的用于外部电能源的控制电力。系统可以包括图1的系统，并且包括chp装置1402、水解装置1416、厌氧消化装置1417、机械干燥器1418、热干燥器1419和颗粒机1420。该系统可以包括到外部能量源的接口。所述外部能量源可以是电网、风车或太阳能设备。

图14示出了用于控制电力的系统和方法，其中交通燃料、热和电力通过由经干燥的生物质加燃料的热电联供设备和/或由从外部能源获得的热和电力产生。所述系统可以部分地或完全地由来自外部能量源的电力运行；例如由于在操作的自给自足阶段之前的系统的启动阶段期间或当作为具有外部能量提供者的控制电力提供者(诸如风力发电场或太阳能发电厂)操作并且在生产高峰期间利用其多余电力生产时，在chp维护中断期间需要处理生物质并产生生物燃料。该系统可以与外部能量提供者协同定位，或者其可以通过电网连接到外部能量提供者。

该系统可以具有至少两种操作模式，包括：自给自足操作模式，其中交通燃料、热和电力的生产由从被接收到该处理并被处理成经干燥的生物质(例如用于给chp设备加燃料的颗粒)的多个批次的生物质原料获得的能量提供；以及控制电力提供者操作模式，其中交通燃料、热和电力的生产由从外部能量源(例如电能源)获得的能量提供。在上述实施方式中(例如图4中)已经描述了用于自给自足操作模式的生物质原料的处理。应当理解，可以使用自给自足操作模式和控制电力提供者操作模式两者来获得用于交通燃料、热和电力生产的能量，由此chp设备可以从经处理的干燥的生物质产生热和电力并且外部能量源可以用于产生热和电力。在下文中，在更详细的示例中描述该系统。

当在控制电力提供者模式下工作时，chp装置1402不提供或仅部分地提供chp热1414和chp电力1407。当不产生能量或仅部分产生能量时，外部电能源1401通过由控制继电器1406操作的输入电力开关1404连接到系统，所述控制继电器1406由控制单元1405控制。

当系统被设置为由外部电能源1401运行时，控制单元1405控制控制继电器1406、控制继电器1410和锅炉开关1425。

当控制单元1405驱动控制继电器1406来操作输入电力开关1404以接通外部电力1403时，外部电力提供的电能1403被提供给电锅炉1408、水解装置1416、厌氧消化装置1417、机械干燥器1418、热干燥器1419和颗粒机1420。

当关于外部电力1403操作时，控制单元1405接通锅炉开关1425以向电锅炉1408提供电力，其中电加热装置1409加热水1412以产生外部能量提供的热1413。电锅炉1408也可以被集成到水解装置1416。

控制单元1405驱动控制继电器1410以操作热三通阀1411，其将外部能量提供的热1413(作为用于水解1415的热能)连接到水解装置1416。

当关于外部电力1403操作时，该系统以正常方式通过在水解装置1416中、在厌氧消化装置1417中、在机械干燥器1418中、在热干燥器1419中以及在颗粒机1420中处理生物质1421，产生生物气1422和固体生物燃料或颗粒1423以稍后用作chp装置1402中的控制电力以产生chp热1414和chp电力1407或以其它方式使用。

为了关于完全外部电源1401并且在没有chp热1414和没有chp电力1407下运行系统，控制单元1405操作控制继电器1406来驱动输入电力开关1404以切断chp电力连接1407。然后，控制单元1405还通过驱动控制继电器1410以操作热三通阀1411来切断chp热1414。

当chp单元1402恢复使用时，控制单元1405驱动控制继电器1406来操作输入电力开关1404，以接通chp电力1407并且切断外部电力1403输入。控制单元1405还驱动控制继电器1410以接通chp热1414并且切断外部能量提供的热1413并闭合锅炉开关1425。

应当理解，图8中所描述的一个或更多个控制器可以用于实现实施方式中所描述的系统和方法。

诸如生物质处理系统、可再生能源设备和交通燃料生产单元的系统和/或实现利用实施方式描述的系统、装置或单元的功能的其它相应装置、系统或设备不仅包括现有技术装置，还包括用于以下功能的装置：a)将生物质原料接收到水解装置中；b)将由水解装置处理的生物质馈送到消化装置；c)将在消化装置中获得的生物气馈送到交通燃料生产单元；d)从水解装置回收热；e)通过从所述水解装置回收的热干燥由所述消化装置处理的生物质；f)从干燥器回收热；g)将从所述干燥器回收的热馈送到所述水解装置以在预加热所接收的生物质原料时使用；h)将从所述干燥器回收的热馈送到区域加热(106a)；i)通过来自所述干燥器的经干燥的生物质给电力的生产加燃料。

更精确地，它们包括用于实现利用实施方式描述的相应装置或系统的功能的装置，并且它们可以包括用于每个单独功能的单独装置，或者装置可以被配置为执行两个或更多个功能。

本文所描述的技术和方法可以通过各种装置来实现。例如，根据实施方式的用于系统的控制器可以由一个或更多个处理器、微处理器、被设计为执行本文所描述的功能的其它电子单元、或者它们的组合(例如计算机单元)来实现。对于固件或软件，可以通过执行本文所描述的功能的至少一个芯片组(例如，过程、功能等)的模块来执行实现。软件代码可以存储在存储器单元中并由处理器执行。所述存储器单元可以在处理器内或处理器外部实现。在后一种情况下，所述存储器单元可以经由如本领域中已知的各种装置通信地联接到处理器。另外，本文所描述的布置的组件可以通过附加组件重新布置和/或补充，以便于关于其描述的各个方面等的实现，并且如本领域技术人员将理解的，它们不限于在给出的图中阐述的明确配置。

因此，根据实施方式，该系统可以包括被配置为执行在任何上述实施方式中描述的功能的处理装置。在实施方式中，至少一个处理器、存储器和计算机程序代码形成用于执行本发明的实施方式的处理装置的实施方式。

如所描述的实施方式也可以以由计算机程序定义的计算机处理的形式来执行。所述计算机程序可以是源代码形式、目标代码形式或一些中间形式，并且其可以存储在某种类型的载体中，该载体可以是能够承载程序的任何实体或装置。例如，所述计算机程序可以存储在计算机或处理器可读的计算机程序分布介质上。计算机程序介质可以是例如(但不限于)记录介质、计算机存储器、只读存储器、电载波信号、电信信号和软件分发包。

尽管已经根据附图参照示例描述了本发明，但是显然本发明不限于此，而是可以在所附权利要求的范围内以若干方式修改。因此，所有的词语和表达都应当被宽泛地解释，并且它们旨在说明而不是限制实施方式。

对于本领域技术人员显而易见的是，随着技术的进步，本发明的概念可以以各种方式实现。此外，本领域技术人员清楚，所描述的实施方式可以但不要求以各种方式与其它实施方式进行组合。