沼气设备和沼气设备的运行方法
【专利摘要】一种沼气设备，其包含：至少一个发酵罐（1）、优选干式发酵罐，用于产生沼气；沼气利用装置（2）；用于存储沼气的第一沼气储存器（3）。该第一沼气储存器（3）能够与第一沼气导管（4）相连通，该第一沼气导管能够与所述至少一个发酵罐（1）的气体出口（7）相连通。沼气设备具有用于存储沼气的第二沼气储存器（5）。该第二沼气储存器（5）能够与第二沼气导管（6）相连通，该第二沼气导管能够与所述至少一个发酵罐（1）的气体出口（7）相连通。沼气利用装置（2）能够与第一沼气储存器（3）和/或第一沼气导管（4）相连通，以及能够与第二沼气储存器（5）和/或第二沼气导管（6）相连通。该沼气设备具有控制装置（8），用于控制来自各沼气导管（4，6）和/或各沼气储存器（3，5）的、被输往沼气利用装置的沼气流的量比。
【专利说明】沼气设备和沼气设备的运行方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种沼气设备，配有至少一个用于生产沼气的发酵罐，并涉及一种运行沼气设备的方法。
【背景技术】
[0002]这种沼气设备用于生产含甲烷的沼气，沼气例如被一种闭锁热电站(Blockheizkraftwerk)使用以获得能量。在此,发酵罐都是按溪流式运转方式工作的，也就是说，在用待发酵的生物物质填充发酵罐或者排空已发酵的生物物质之间，不发生这种发酵罐的稳定态运行。更确切地说，在生物质发酵开始和结束时会出现起动阶段和停止阶段，在这些阶段中会产生气体或气体-空气混合物，这些气体-空气混合物特别是由于过低的甲烷含量之故是没有什么利用价值的。现在这些气体混合物要么加以排除，要么送去进行另一种废气处理。由于在此情况下产生可能有价值的甲烷的损失，从而降低了该沼气设备的效率。在常规的沼气设备上其它降低其效率的损失则是由于下述原因造成的:发酵罐中的温度高于沼气在其送往常规利用设备所必须具有的温度。从而一方面造成发酵罐的热量损失，另一方面造成为沼气的必要的冷却效用花费。
【发明内容】
[0003]因此，本发明的任务在于提供一种沼气设备及用于操作一种沼气设备的方法，该沼气设备可以避免或至少可以降低上述的那些损失，从而可使该沼气设备获得较高的效率。
[0004]上述任务是通过具有权利要求1中所述特征的一种沼气设备和通过具有权利要求8中所述特征的一种运行沼气设备的方法加以解决的。各项从属权利要求中所述特征涉及一些有利的【具体实施方式】，其对于解决本发明提出的任务都具有正面贡献。
[0005]根据本发明，设定:将在发酵罐中获得的、具有低于可预定的第一限值的甲烷含量的沼气暂存在第一沼气储存器中。在此涉及的是这样一种沼气，该沼气在起动阶段(Anfahrphase)和停止阶段(Abfahrphase)中产生并且在常规的沼气设备中通常必须加以废弃清除的。这种所含甲烷含量低于一个可预定的第一限值的沼气在下文中也可称之为“弱沼气”。有利是，将这种弱沼气与其甲烷含量高于一个可预定的第二限值的沼气(下文称之为“好沼气”)加以混合，并沼气利用装置利用由好沼气和弱沼气形成的混合物(下文中称之为“混合沼气”)运行。
[0006]为了能够实施本方法，本发明提出的沼气设备具有至少两个沼气储存器，使得第一沼气储存器用于储存弱沼气，第二沼气储存器用于储存好沼气。这些沼气储存器能够经过沼气导管而与输送至少一个发酵罐的气体出口相连接，并且沼气利用装置可以如此地与沼气储存器和/或与沼气导管相连，使得能够一方面从第一沼气储存器或者从对该第一沼气储存器供给的导管中取出沼气，另一方面可以从第二沼气储存器或从对该第二沼气储存器供给的导管中取出沼气，并且同时将这两种沼气输送至沼气利用装置。在此根据本发明，沼气设备具有控制装置，以用于控制从各沼气导管和/或从各沼气储存器输往沼气利用装置的沼气流的量比。通过这种布置就能够为沼气利用装置输送可利用的沼气混合物，即使在发酵罐或其中一个发酵罐的起动阶段或停止阶段中暂时产生其甲烷含量对于利用而言通常是太低的沼气。通过沼气储存器，就可将好沼气或弱沼气加以暂存，从而折中地在沼气设备的运行时间上总能产生作为混合气体的可利用的沼气，甚至可暂时地产生一种甚高的弱沼气份额，该弱沼气份额而后被暂存在弱沼气储存器中。暂存起来的弱沼气然后可以在沼气设备的具有高的好沼气份额的运行阶段中再从储存器取出并且输送给混合气体。按相反的情况也同样是可行的，即在具有高的好沼气份额的运行阶段中可将该好沼气份额加以暂存起来，在具有过低的好沼气份额的运行阶段中则将之再从储存器中取出，以获得一种可利用的混合气体。
[0007]在此有利地如此调节好沼气和弱沼气的量比，使得混合气体的甲烷含量在一个可预定的第三限值上方波动。在此优选如此实现上述调节，使得该调节能根据好沼气和/或弱沼气的甲烷含量进行，从而即使在好沼气中和弱沼气中甲烷含量波动的情况下仍能确保:混合气体在其甲烷含量上超过所述可预定的第三限值。
[0008]因此，有利的是，沼气设备具有用于测量甲烷含量的测量装置，该测量装置可以与沿气导管和/或沼气储存器相连接，从而有利地提供关于甲烷含量的数值，即实际上在发酵罐中所生产的和在沼气储存器中所存储的沼气的甲烷含量和/或被输送至沼气利用装置的混合气体的甲烷含量的数值。
[0009]有利的是如此选择第一限值，使得在第一沼气储存器中的甲烷含量、即弱沼气的甲烷含量处在与氧含量相关的下爆炸界限之下。从而可通过对沼气设备的爆炸保护的较小要求而降低投资限额。
[0010]有利的是，第二限值、即好沼气的甲烷含量的下限值为37%、优选52%。此外，有利的是，若第三限值、即混合沼气的最低甲烷含量的限值为35%、优选50%。超过该限值的甲烷含量可为常规类型的闭锁热电站开辟使用可能性，并可实现沼气设备大体无中断的运行。
[0011]有利的是，至少能分阶段地或循环地将从一个发酵罐中出来的沼气或弱沼气再引回到该发酵罐中，从而实现循环运行。为此，发酵罐具有一个吹洗气体入口(其优选在该发酵罐的底部区域内)，该吹洗气体入口可以与相应的沼气导管相连通，从而可以实现利用好沼气和/或弱沼气彻底吹洗生物物质，将其松散，从而保证生物物质中获得更好的排水效果O
[0012]有利的是，吹洗用气体入口同样还可与新鲜空气导管相连通，这就可以实现对发酵罐的新鲜空气吹洗，特别在起动运行或停止运行的过程中。在此也有利的是，吹洗用气体入口也可以与弱沼气储存器和/或好沼气储存器相连通，借以也可利用来自储存器中的气体来执行相应的吹洗处理，而不会影响沼气利用装置的运行，例如当该气体由于对输送给沼气利用装置的沼气混合物的要求之故，而不能直接从一个发酵罐中取出时。
[0013]特别有利的是，在发酵罐起动或停止的过程中，经过吹洗气体入口给发酵罐输送弱沼气，因为这时在这两个阶段中可以从该发酵罐中获得和取出好沼气。
[0014]有利的是，沼 气设备具有废气导管，该废气导管可以与所述至少一个发酵罐的气体出口相连通并通往废气处理点。这使得可以彼此独立地预定各限值，从而使得在各发酵罐中产生的、并根据其成份即不归属于好沼气又不归属于弱沼气的沼气混合物能够被可靠地清除。
[0015]有利的是，沼气储存器中至少有一个被安置在所述至少一个发酵罐的上方，从而可使该沼气储存器大面积地与发酵罐交界。在此优选所述至少一个发酵罐的面积的至少50%被覆盖。特别有利是，所述至少一个发酵罐的总面积，或者特别有利的是所有发酵罐的总面积，都被沼气储存器覆盖。通过这种结构形式，可以在一年的绝大多数时间内达到发酵罐的一种特别有效的热防护；与此同时，通过沼气储存器的这种面式设计，沼气储存器针对环境具有大的表面，这就使得可在年中实现良好的沼气冷却，从而不需要超过发酵罐的基本面积的安装面积。【专利附图】
【附图说明】
[0016]下面将参照示意图1至10对本发明加以详细说明。附图表示:
[0017]图1本发明提出的一种示例性沼气设备的一个示意生产流程图，其中在两个发酵罐中生产好沼气，同时存储来自第三个发酵罐中的弱沼气；
[0018]图2图1所示沼气设备的生产流程图，在好沼气被利用之前将弱沼气混合到好沼气中；
[0019]图3图1和2所示沼气设备的生产流程图，将来自弱沼气储存器中的弱沼气输送到一个发酵罐中，同时从全部发酵罐中提取好沼气；
[0020]图4图1至3中所示沼气设备的生产流程图，在两个发酵罐中生产和利用好沼气，同时将来自一个发酵罐的弱沼气加以存储；于此，将好沼气流的一部分再输送到生产好沼气的发酵罐中的一个发酵罐；
[0021]图5图1至4中所示沼气设备的生产流程图:在两个发酵罐中生产好沼气，并且在一个发酵罐中生产弱沼气，好沼气和弱沼气作为混合沼气加以利用；混合沼气中的弱沼气份额通过从弱沼气储存器中取出弱沼气或向弱沼气储存器输送弱沼气的方式加以调节。
[0022]图6图1至5所示沼气设备的生产流程图:一个发酵罐产生弱沼气，该弱沼气与来自另一个发酵罐的好沼气共同地被加以利用；弱沼气的份额经过弱沼气储存器加以调节；好沼气的一部分被送回到生产好沼气的发酵罐中；与此同时一个第三发酵罐利用新鲜空气加以吹洗，该新鲜空气经过一个废气导管加以排除。
[0023]图7至10表示不同的、示例性的安装可能性，包括将沼气储存器安置在发酵罐的顶上或安置在发酵罐的旁边。
【具体实施方式】
[0024]本发明提出的示例性沼气设备具有三个可彼此独立运行的发酵罐1，这些发酵罐都可利用它们的气体排出口 7有选择地与第一沼气导管4、第二沼气导管6或一个废气导管10相连通，该废气导管通向一个废气处理点11。被导入到沼气导管4和6中的沼气流可以相互混合或者单独地输送到一个沼气利用装置2。本发明提出的示例性沼气设备为此为了混合两个沼气流而配有一个控制装置8。此外还配置了一个测量装置13，该测量装置可以测量出被输送至沼气利用装置2的沼气的甲烷含量。沼气导管4是与作为弱沼气储存器设计的沼气储存器3相连的。在此可以通过截流装置14或输送装置15针对性地将沼气输送至第一沼气储存器3或将之从该储存器取出。此外，还可与该储存器搭接。[0025]第二沼气导管6是与一个第二沼气储存器5相连的，该沼气储存器设计成用于该沼气导管的补偿容器。
[0026]此外，发酵罐I还具有气体入口 9，这些气体入口可通过截流装置16有选择地和彼此独立地与第一沼气导管4、第二沼气导管6或一个新鲜空气输入导管12相连。在此设置输送装置17，其作用在于:在经过处于有关发酵罐的底部的气体入口 9对发酵罐I进行吹洗时，对冷却气体提供足够的压力。其它截止装置18的作用在于:将发酵罐I的气体出口7有选择地和彼此独立地与废气导管10、第一沼气导管4和/或第二沼气导管6连通起来。
[0027]沼气储存器3和5可以按常规方式独立于发酵罐I加以安置。当然也有可能和特别有利的是，将沼气储存器如此地布置，使得两个沼气储存器中要么有一个即要么是第一沼气储存器3或第二沼气储存器5覆盖该发酵罐的顶面。同样可行的是，将两个沼气储存器安置在现有的发酵罐I所形成的一个共同的顶面上。在此亦可如图7中所示，将彼此独立的沼气储存器并排设置在发酵罐的顶上。还有一种可能性，如图8中所示，就是为了两个沼气储存器3和5配置一个共同的保护罩19。
【权利要求】
1.沼气设备，其包含:至少一个发酵罐(I)、优选干式发酵罐，用于产生沼气；沼气利用装置(2);用于存储沼气的第一沼气储存器(3)，该第一沼气储存器能够与第一沼气导管(4)相连通，该第一沼气导管能够与所述至少一个发酵罐(I)的气体出口(7)相连通；和用于存储沼气的第二沼气储存器(5),该第二沼气储存器能够与第二沼气导管(6)相连通,该第二沼气导管能够与所述至少一个发酵罐(I)的气体出口(7)相连通，其中，沼气利用装置(2)能够与第一沼气储存器(3)和/或第一沼气导管(4)相连通，以及能够与第二沼气储存器(5)和/或第二沼气导管(6)相连通，该沼气设备具有控制装置(8)，用于控制来自各沼气导管(4，6)和/或各沼气储存器(3，5)的、被输往沼气利用装置的沼气流的量比。
2.按权利要求1所述的沼气设备，其特征在于:所述至少一个发酵罐(I)具有能与新鲜空气导管(12)相连通的吹洗气体入口(9)，该吹洗气体入口优选在所述至少一个发酵罐(I)的底部区域内。
3.按权利要求1或2所述的沼气设备，其特征在于:所述至少一个发酵罐(I)具有能与第一沼气储存器(3)和/或第一沼气导管(4)相连通的吹洗气体入口(9)，该吹洗气体入口优选处于所述至少一个发酵罐的底部区域内。
4.按照权利要求1至3中任一项所述的沼气设备，其特征在于:所述至少一个发酵罐(I)具有能与第二沼气储存器(5)和/或第二沼气导管(6)相连通的吹洗气体入口(9)，该吹洗气体入口优选处于所述至少一个发酵罐(I)的底部区域内。
5.按权利要求1至4 中任一项所述的沼气设备，其特征在于:沼气设备具有用于测量甲烷含量的测量装置，该测量装置能够与沼气导管(4，6)和/或沼气储存器(3，5)相连接。
6.按权利要求1至5中任一项所述的沼气设备，其特征在于:沼气储存器(3，5)中的至少一个设置在所述至少一个发酵罐(I)的上方并且大面积地与该发酵罐相交界，优选所述至少一个发酵罐(I)的面积的至少50%、特别优选所述至少一个发酵罐(I)的总面积、尤其所有存在的发酵罐(I)的总面积被沼气储存器(3，5)覆盖。
7.按权利要求1至6中任一项所述的沼气设备，其特征在于:沼气设备具有废气导管(10)，该废气导管能够与所述至少一个发酵罐(I)的气体出口(7)相连通并且优选通向废气处理点(11)。
8.一种用于运行沼气设备、特别是按权利要求1至7中任一项所述的沼气设备的运行方法，将在发酵罐(I)中获得的、甲烷含量低于可预定的第一限值的沼气暂存在第一沼气储存器(3)中。
9.按权利要求8所述的方法，其特征在于:将甲烷含量低于可预定的限值的沼气与在发酵罐(I)获得的、甲烷含量高于可预定的第二限值的沼气加以混合，并且利用这两种沼气的混合物运行沼气利用装置(2 )。
10.按权利要求8或9之一所述的方法，其特征在于:将甲烷含量高于可预定的第二限值的沼气暂存在第二沼气储存器(5)中。
11.按权利要求8至10中任一项所述的方法，其特征在于:将两种沼气的量比特别是与沼气的甲烷含量相关地调节，优选如此调节，即，使得这两种沼气的混合物的甲烷含量在可预定的第三限值上方波动。
12.按权利要求8至11中任一项所述的方法，其特征在于:在一个发酵罐(I)的开动或停工过程中，将甲烷含量低于可预定的第一限值的沼气输送给该发酵罐(1)，与此同时将甲烷含量高于可预定的第二限值的沼气从该发酵罐(1)取出。
13.按权利要求8至12中任一项所述的方法，其特征在于:至少分阶段地和/或循环地将甲烷含量高于可预定的第二限值的沼气输送给一个发酵罐(1)，与此同时将甲烷含量高于可预定的第二限值的沼气和/或将甲烷含量低于可预定的第一限值的沼气从该发酵罐(1)取出。
14.按权利要求8至13中任一项所述的方法，其特征在于:第一限值是如此加以选择的，使得在第一沼气储存器(3)中的甲烷含量低于与氧含量相关的下爆炸限。
15.按权利要求8至14中任一项所述的方法，其特征在于:第二限值为37%甲烷含量、优选为52%甲烷含量。
16.按权利要求8至15中任一项所述的方法，其特征在于:第三限值为35%甲烷含量、优选为50%甲烷含量。
【文档编号】C12M1/107GK103842494SQ201180073759
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2011年9月29日 优先权日:2011年9月29日
【发明者】K·埃格斯曼 申请人:康波费尔姆有限公司