[发明专利]用于制备沼气的方法和装置

说明书

本发明涉及用于制备沼气的方法和沼气池，优选由稻草制备沼气，其中底物以循环的方式在两个反应器(1、2)中发酵，从而可以改进由含纤维素的底物和/或含木质纤维素的底物制备甲烷。

本发明涉及制备沼气的方法和装置。

沼气是在沼气发生设备中产生的，该沼气发生设备例如用于农业，并主要以动物排泄物或能量作物为底物。沼气作为有机物质发酵时细菌和微生物的代谢产物而产生。沼气是甲烷(CH₄)和二氧化碳(CO₂)的混合气体，含有最多2％的硫化氢(H₂S)和痕量气体例如氨(NH₃)、氢气(H₂)、氮气(N₂)和一氧化碳(CO)。

沼气可以由几乎所有含有脂肪、蛋白质和碳水化合物的基本成分的有机物质产生。由于总是含有纤维素和木质纤维素的秸秆(小麦秸秆、油菜籽秸秆等)在厌氧过程中非常难以分解，因此其在较小程度上使用或对其进行预处理。特别是稻草，由于高的木质素和硅酸盐含量，其与易于发酵的原料例如玉米青贮饲料相比难以分解，因此在常规沼气发生设备中导致较低的沼气产量。

EP 2927308A1涉及用于从秸秆中制备沼气的方法和沼气发生设备。在本文中，提供了用于预处理秸秆的装置，以便在将秸秆放入进行厌氧细菌发酵的发酵罐之前实现其机械分解。如在EP 2927308A1中所提出的，通过在锤式粉碎机中研磨来预处理秸秆是昂贵的并且会导致发酵物质的黏附，从而阻碍了渗透并因此阻碍了沼气的形成。

因此，本发明的目的是提出一种用于制备沼气的改进方法。特别地，本发明可以基于改进方法的经济效率的目的。此外，本发明还可以基于提出一种改进由秸秆制备沼气和/或允许由稻草制备沼气的方法。此外，本发明的目的是提出一种用于实施该方法的沼气发生设备。

该目的通过根据权利要求1的方法以及具有其他独立权利要求的特征的沼气发生设备来实现。有利的实施方案由从属权利要求的特征和实施方案产生。

本文提出的制备沼气的方法包括以下步骤。所描述的步骤不需要以指定的顺序执行。

含纤维素和/或含木质纤维素的底物例如秸秆或稻草在第一停留时间内在第一反应器中至少部分地被嗜温细菌发酵。在本文中，反应器中的温度为至少20℃，优选至少25℃，特别优选至少30℃和/或至多55℃，优选至多43℃，特别优选至多46℃。可以通过加热第一反应器的内容物来调节温度和/或可以至少部分地通过细菌产生甲烷的代谢过程的放热反应来设定温度。嗜温细菌适合于由乙酸制备甲烷。应该注意的是，本文的“细菌”应该作最广义的理解。古菌和细菌是否是不同的分类单元在科学上存在争议。然而，在本文中，特别是古菌也被理解为细菌。在本文中，古菌优选为甲烷杆菌目(Methanobacteriales)、甲烷球菌目(Methanococcales)、甲烷微菌目(Methanomicrobiales)、甲烷胞菌目(Methanocellales)、甲烷八叠球菌目(Methanosarcinales)、甲烷八叠球菌属(Methanosarcinales)、甲烷球菌属(Methanococcus)、甲烷杆菌属(Methanobacterium)、甲烷短杆菌属(Methanobrevibacter)、甲烷热杆菌属(Methanobrevibacter)和/或甲烷火菌目(Methanopyrale)。细菌可包括分解乙酸的产甲烷菌以及氧化氢气的产甲烷菌。分解乙酸的产甲烷菌形成甲烷，例如由含有甲基的化合物例如乙酸形成甲烷，这是通过它们分离出甲基并将其还原为甲烷而实现的。然而，氧化氢气的产甲烷菌将二氧化碳与氢气一起还原为甲烷和水以及通过转化甲酸(HCOOH)而实现。第一反应器优选以气密方式封闭，从而可以确保厌氧发酵。