[發明專利]由有機物產生含甲烷的沼氣的方法和裝置

無效

• 申請號: 01803870.0
• 申請日: 2001-01-17
• 公開（公告）號: CN1396955A
• 公開（公告）日: 2003-02-12
• 發明（設計）人: 埃里奇·里博爾茲;J·雷斯邁爾
• 申請（專利權）人: 達戈控股公司
• 主分類號: C12P5/02
• 分類號: C12P5/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 胡強,趙辛

技術領域

本發明涉及由有機物產生含甲烷的沼氣的且尤其是產生甲烷含量高的沼氣的方法和相應的裝置。在這樣的方法中，有機物借助活性微生物被分解并轉化成甲烷。

現有技術

在有機物分解時產生了氣體，氣體可以起到可選用的能源的作用。這種氣體因其獲得方式的緣故常被稱為沼氣。沼氣的一個重要組成部分就是甲烷，它是由有機物或植物或其二代產品通過腐爛或分解而氣密地產生的。在大型技術工程范圍內，它是通過使碳氣化或在采用石油化學法的情況下獲得的并且被用作加熱氣體并被用于燃燒驅動，它還被用作合成產品如乙炔、合成氣、HCN和氯代產品的原材料。

由于甲烷很重要，人們力圖在生產沼氣時獲得大量甲烷。根據現有技術，為此采用一級或兩級的發酵方法，其中借助厭氧發酵而由有機物獲得了甲烷含量占20％-60％的沼氣。在這里，沼氣的其余成分由25％-55％的二氧化碳氣及更少的氮氣、硫化氫氣和其它成分組成。

因此，已知的用于由有機物獲得甲烷的厭氧發酵法在所獲沼氣的質量方面和甲烷產量方面不是很令人滿意的。此外，尤其是約為2％的大量硫化氫氣或硫含量是不希望有的，這是因為高于0.1％的濃度就在發動機和與之相連地使用催化器工作時已經是擾人的。

另外，已知的發酵法還具有其它缺點。因而，分解率通常約是干燥有機物的45％并且分解過程進行得不穩定，這是因為殘余分解的微生物容易對環境變化起反應。這也造成了，當中斷過程如以便進行維修或修復并重新啟動時，只有在約12周-25周后才能獲得經濟生產率水平。

另外，在已知的方法中，所用量的約30％-70％是作為不可用的殘余物產生的，它們必須在廢料站上被回收處理掉。轉化時間即從給生產過程輸送有機物直到產生沼氣的時間比較漫長并且約為20周-30周。

已知的方法確實在二氧化碳氣預算方面是環境中性的，但它沒有導致環境的二氧化碳負擔的減輕。此外，也要考慮到，對溫室效應來說，在不受控制的分解過程中跑到自然界中的甲烷要比二氧化碳帶來高得多的不利負擔。

發明內容

在考慮現有技術的情況下，本發明的任務是提供一種由有機物產生含甲烷的沼氣的方法及裝置，其中有機物借助活性微生物被分解并被轉化成甲烷，它獲得了更高的甲烷產量以及適于避免或減少現有技術的其它缺陷。

根據本發明，通過一種具有所附權利要求1的技術特征的方法和一種具有所附權利要求13的技術特征的裝置完成了該任務。

從屬權利要求和后續說明及所屬附圖給出了本發明的優選設計方案和改進形式。

根據本發明的由有機物產生含甲烷的沼氣的方法包括三個步驟，其中在該方法中，有機物借助活性微生物被分解并被轉化成甲烷。

在需氧發酵第一步驟中，有機物在需氧條件下借助發酵微生物被發酵。在這里，產生了固態和/或流態的殘余物和含二氧化碳的廢氣。

在緩慢燃燒第二步驟中，使由第一步驟產生的殘余物緩慢燃燒，在此產生了一種木炭產品和木炭煤氣。由第一步驟產生的殘余物且尤其是流態殘余物被有利地烘干以便進行緩慢燃燒。為此適用常見的烘干方法。水含量應最好小于20％。在烘干時失去的水損失量可以在生物材料海綿化過程中被重新加入。

在嗜熱甲烷發酵第三步驟中，由第二步驟產生的木炭煤氣在厭氧條件下借助嗜熱的發酵微生物被發酵成含大量甲烷的沼氣。

通常，發酵是指有機物通過適當的微生物如酵母菌、細菌或真菌且尤其是浮游真菌而分解。在需氧發酵第一步驟中，通過適當的發酵微生物且尤其是細菌發生了有機物的化學轉化或分解。在選擇適當生物時，人們應該考慮到，在液態培養基中的發酵的特點有利地是耗碳和耗氫、微生物本身及其材料新陳代謝產品急劇增加和/或有微生物引起轉化的培養基(如富集蛋白質)以及可以生產二次代謝物(如酶、制藥有用物質)。適用微生物的例子是黑曲霉、大腸桿菌、狂熱球菌。

在第一步驟中，減少氮并且富集二氧化碳。分解產物主要包括作為固態殘余物的生物碳即含木炭的產品以及廢氣中的二氧化碳。發酵產物生物碳含有大量木質素。通過控制溫度和選擇微生物，可以控制發酵和轉化過程的動態。溫度有利地為30℃-50℃并優選為36℃-38℃。

在第一步驟中，沒有出現或幾乎沒有出現甲烷，因此，這樣的設備的工作安全并環保。

在緩慢燃燒第二步驟中，使由第一步驟產生的殘余物在最佳烘干后緩慢燃燒。緩慢燃燒是指在可控的缺少空氣的情況下或氣密的情況下加熱或緩慢燃燒。在這里，除單體和而聚體外，高級聚合物轉化成木炭煤氣和木炭產品。由此形成的木炭產品是終產品并可以被送往相應的應用場合。