[发明专利]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

说明书

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WO02/06439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(Blockheizkrafwerk-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，即，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 024911.1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(2)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 10047264A1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。