CN101827930B - 用于生产生物气的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于生产生物气的方法，其中将生物质填装到生物气反应器中，在生物质上设置多个自由漂浮的混合体，所述多个混合体漂浮在生物质的表面上并且同时部分地浸入生物质中，混合体构成为有至少一个开口的空心体，该至少一个开口允许生物质进入或离开空心体，空心体具有至少一个另外的开口，混合体具有球形的基本形状，细长的第一混合元件在空心体的在赤道平面上方的上侧上沿第一经线延伸，细长的第二混合元件在空心体的在赤道平面下方的下侧上沿第二经线延伸，第一和第二混合元件在赤道平面内成角度地错开设置，各混合元件设置在混合体外侧上。由此使生物质的表面充分混合，这提高了气体获得的效率。本发明还涉及一种用于该方法的混合体。

Description

用于生产生物气的方法

技术领域

本发明涉及一种用于生产生物气／沼气的方法，以及为在这种方法中应用而特别构造的混合体。 

背景技术

生物气反应器、发酵桶或发酵箱在现有技术中是已知的。反应器填装可发酵的生物质(Biomasse)，例如残余物质(淤泥、生物垃圾、残余食品)、肥料(液体肥料、动物粪)或者其他合适的材料。可发酵生物质或可发酵的材料可具有液体和／或固体状态。通过所述材料的发酵可得到生物气，该生物气例如可用于驱动气体发动机或机动车辆或者用于在加热***中燃烧。 

这种反应器通常具有被盖封闭的圆柱形容器的形状。该反应器填装生物质，然后可从该生物质获得生物气。在此，生物气向上从生物质流出，在盖的区域中生物气可被从反应器取出。此外，这种反应器包括搅拌机构，该搅拌机构恒定地环绕搅动可发酵的材料。此外，可设置加热元件，这些加热元件附加地加速或者说支持生物质的加热和发酵。 

可发酵的材料的液体组分通常位于底部区域，而较低密度的固体组分浮在这些液体组分上。此漂浮层对于发酵或气体形成的效率是不利的。因此，在现有技术的设备中，人们已经设置叶片式搅拌机构，该叶片式搅拌机构部分穿破此漂浮层。但这种部分穿破的效果常常不令人满意，这是因为漂浮层会反复地重新形成。 

发明内容

从此该现有技术，本发明的一个目的是提出一种提高生物气反应器的效率的方法。此外，要提出能以简单的方式在已有生物气反应器 中应用的方法。 

此目的利用具有如下特征的、用于生产生物气的方法实现。在按照本发明的用于生产生物气的方法中，将生物质填装到生物气反应器中，其特征在于，在生物质上设置多个自由漂浮的混合体，所述多个混合体漂浮在生物质的表面上并且同时部分地浸入生物质中，所述混合体构成为具有至少一个开口的空心体，其中所述至少一个开口允许生物质进入或离开该空心体，所述空心体具有至少一个另外的开口，所述混合体具有球形的基本形状，并且细长的第一混合元件在空心体的在赤道平面上方的上侧上沿第一经线延伸，细长的第二混合元件在空心体的在赤道平面下方的下侧上沿第二经线延伸，其中，第一混合元件和第二混合元件在赤道平面内成角度地相互错开地设置，并且各所述混合元件设置在所述混合体的外侧上。 

另一个目的是，提出一种专门为在这种方法中应用而构成的混合体。此目的利用具有如下特征的混合体来实现。所述混合体构成为具有至少一个开口的空心体，其中所述至少一个开口允许生物质进入或离开该空心体，所述空心体具有至少一个另外的开口，所述混合体具有球形的基本形状，并且细长的第一混合元件在空心体的在赤道平面上方的上侧上沿第一经线延伸，细长的第二混合元件在空心体的在赤道平面下方的下侧上沿第二经线延伸，其中，第一混合元件和第二混合元件在赤道平面内成角度地相互错开地设置，并且各所述混合元件设置在所述混合体的外侧上。 

据此，在用于生产生物气的方法中，其中将生物质填装到生物气反应器中，在生物质上设置多个混合体。这些混合体漂浮在生物质的表面上并且同时部分地浸入生物质中。 

此外，优选存在适用于主动充分混合生物质的混合设备，例如常规的搅拌机构，或者以另外的方式使生物质运动。由于混合体的存在，生物气反应器中的生物质的表面便被尤其高效地充分混合，这是因为空心体由于处于运动中的生物质也运动。特别地，防止在生物质上形成漂浮层。这有利地影响在生物气反应器中的气体获得的效率。此外，附加地增大生物质的表面，从而也有利地影响效率。

优选地，这些混合体覆盖生物质的表面的20％到85％、尤其是30％到70％。 

优选地，这些混合体基本上构成为空心体。 

优选地，这些混合体具有表面结构。在此，由于运动的生物质可尤其好地作用在该表面结构上，所以充分混合过程更加有效，并因此确保生物质的良好的充分混合。 

优选地，混合体基本上构成为球形的。这具有这样的优点，即混合体由于生物质的运动而良好地随着运动，并且可容易地绕任意轴线旋转。 

混合体优选地构成为具有至少一个开口的空心体，其中所述至少一个开口允许生物质进入或离开空心体。或者，空心体也可构成为不具有开口，其中该空心体也可称作封闭的空心体。 

通过开口进入空心体的生物质可在空心体中同样发酵。此外，当空心体旋转时，生物质的一部分粘附在壁上，这附加地加速发酵。 

优选地，空心体具有至少一个另外的开口。由此，在相同的时间段内更多的生物质可进入空心体，这进一步提高效率。 

优选地，该另外的开口基本上与第一开口沿直径方向相对地设置，由此混合体可良好地平衡。 

优选地，各所述开口在由第一条线和第二条线界定的表面部分上延伸，其中所述第一条线是空心体的表面与通过空心球的中心点延伸的平面相交的并且从起点延伸到不同于该起点的终点的交线，并且所述第二条线是弧形线，该弧形线在空心体的表面上弧形或弯曲地从所述第一条线的起点延伸到所述第一条线的终点。 

优选地，混合体具有至少一个混合元件，该混合元件设置在壁的面向外的表面上并从该表面突出。该混合元件确保更好地充分混合生物质或分离可能的漂浮层，并且同时用作携动元件，从而混合体可被运动的生物质良好地驱动。混合元件可安装在封闭的混合体或空心体上以及具有至少一个开口的混合体或空心体上。 

优选地，所述混合体具有球形的基本形状，并且细长的第一混合元件在空心体的在赤道平面上方的上侧上沿第一经线延伸，细长的第二混合元件在空心体的在赤道平面下方的下侧上沿第二经线延伸，其中第一混合元件和第二混合元件在赤道平面内成角度地相互错开地设置。 

优选地，所述两个混合元件之间的角度在赤道平面内在45°至135°之间。 

优选地，混合体包括至少一个浮体，该浮体防止混合设备可能完全下沉。此外，混合体总是在生物质中优选地定向成使得至少一个开口的一部分浸入生物质。这样确保生物质可进入空心体。 

优选地，所述至少一个浮体设置在空心体内部。所述至少一个浮体可存在于闭合的混合体或空心体中以及具有至少一个开口的空心体中。另外，在具有浮体的实施方式中，还可在混合体的表面上设置一个或多个混合元件。 

所述至少一个浮体优选具有空腔，该空腔装有密度比生物质低的介质。 

优选地，所述至少一个浮体填装的介质为气体、尤其是空气，或者该浮体可由发泡的塑料制成。 

优选地，所述至少一个浮体与空心体的壁成一体地形成，其中空心体便可尤其高效和经济地生产。 

附图说明

下文参照附图作为示例更详细地描述优选的实施例。在附图中： 

图1示出配备有根据本发明的混合体的生物气反应器内部的从上面看的示意性俯视图； 

图2示出从侧面看的生物气反应器的局部的示意性视图； 

图3a示出按照第一实施例的根据本发明的混合体的示意性俯视图； 

图3b示出根据图3a的混合体的剖面图； 

图3c示出根据图3a的混合体的正视图； 

图4a示出按照第二实施例的根据本发明的混合体的示意性俯视图； 

图4b示出根据图4a的混合体的剖面图；并且 

图4c是根据图4a的混合体的正视图。 

具体实施方式

图1以示意性视图示出生物气反应器或发酵桶内侧的俯视图。典型地，这种生物气反应器具有数百平方米的表面。生物气反应器在这里仅示意示出，并且基本上用圆柱形的侧壁W界定。生物气反应器填装有生物质B。许多混合体1设置在生物质B的表面O上以便提高生物气反应器的效率，并且部分地浸入此生物质。优选地，许多混合体1这样放置，即，使得这些混合体1覆盖生物质B的表面O的20％到85％、尤其是30％到70％。 

图2以带有两个混合体1的侧视图示出所述生物气反应器的一个局部。这里示意示出，生物气反应器还具有盖D。生物质B基本上位于生物气反应器的下部区域，而生物气和／或空气的气体混合物G位于上部区域。此气体混合物可利用未示出的取出位置从生物气反应器取出。在右侧示出的混合体1用剖面图示出，而在左侧示出的混合体用正视图示出。混合体1基本构成为空心体。空心体具有壁10，该壁界定用于接纳气体、生物气和／或生物质的空腔11，并且空心体可构成为不同形式的。空心体被构造成，使得它漂浮在生物质B上或者部分浸入该生物质中。此外，空心体可配置有至少一个开口2。 

通过搅拌机构的运动使全部生物质B运动。由于产生的流动，也使各混合体1在生物质上运动。由于该运动，混合体1绕它们自己的轴旋转，这导致在生物质B上的漂浮层的穿破或充分混合。通过该运动，生物质B或气体混合物G的一部分也可总是重新进入空心体中或从该空心体再次出来。从而加速了生物质B的充分混合。此外，生物质B也可在空心球中发酵。 

由于***的混合体1的存在，生物质B的整个表面高效地充分混合。通过设置混合体1，防止在生物质的表面上出现漂浮层。然而如果不希望地形成漂浮层，混合体1也不断分开该出现的此漂浮层。由此可以有利地影响发酵过程，这导致气体获得的效率升高。这与现有技术的设备相比、尤其与其中漂浮层仅在局部位置被穿破的纯粹叶片式搅拌机构相比是有利的。 

此外，混合体1的存在使生物质B的表面O增大，由此有利地影响或加速生物质B的发酵。表面O的增大由此引起，即，空心体1部分地浸入或伸入生物质B中，并且在旋转运动时总是重复地在生物质B的表面上携动该生物质。在缺少混合体1的情况下的生物质B的表面基本上等于混合体1的投影。由于混合体的存在而创造的表面O’等于浸入生物质中的空心体的表面。因此，由于该设置而得到增大的表面O，。 

图3a到3c示出根据第一实施例的混合体1。这里，混合体1基本上具有空心球的构形。由于开口2的存在，生物质可通过开口2进入该空心体1或重新出来。这得益于开口2的形状，因为通过空心体1的旋转发生一种汲取运动()。由于空心体1连续旋转，该空心体1的空腔11可部分地填装生物质。位于空腔11内的生物质也发酵，这导致空腔11也包含部分气体混合物G或生物气。在空心体1的继续运动时，这部分生物气或发酵的生物质再次混合到位于生物反应器中的生物质B中。从而加速发酵。 

开口2在被限定的表面部分上延伸，并且由第一条线L1和第二条线L2界定。第一条线L1是在空心体1、在这里为空心球1的表面上的与通过空心球1的中心点M延伸的平面E的交线。换言之，线L1沿赤道方向延伸。在此，线L1从起点P1延伸到终点P2。尽管这对于生物质的接纳是有利的，此截面还可在中心点上方或下方延伸。第二条线L2在空心体1、在这里为空心球1的表面上弧形或弯曲地从线L1的起点P1延伸到线L2的终点P2。 

此外，混合体1包括至少一个浮体3。在本实施例中，设置有两 个浮体3，这两个浮体在这里放置在壁10的内侧上。各浮体3的设置防止混合体1在其填装有生物质B时沉没。优选地，浮体之一3与开口2相邻地布置。在本实施例中，浮体设置在弧形线L2的区域中。另一浮体3与第一浮体沿直径方向相对地设置。在静止状态下，浮体这样定向地位于生物质B中，使得两个浮体浸入生物质B中。由于此定向也确保，至少一个开口2至少部分地位于生物质B内，使得生物质可进入空心体中。由于生物质的运动，混合体1基本上绕从其中一个空心体的中心点延伸到另一个空心体的中心点的轴线旋转。但是，由于生物质B位于空腔内，还可得到一种摆动运动。还可想到任何的、混合的运动形式。 

浮体3具有空心体的构型，该空心体填装有其密度低于生物质密度的物质。特别地，该物质可以是空气或其它气体。替代空心体，还可设置由塑料、尤其是发泡的塑料如聚苯乙烯制成的浮体。浮体的设置防止混合体1可能在生物质B中沉没。 

或者，空心体1本身还可提供足够大的浮力。为此，空心体1由这样一种材料制成，该材料即使在空心体1填装有生物质时仍引起浮力。例如，可想到用发泡的塑料如聚苯乙烯制造整个空心体1。 

在本实施例中，混合体1包括至少一个尾巴状或梳状的混合元件4。此混合元件4设置在壁10的外侧上，并且从壁10突出。这里所示的混合元件4是在混合体1的表面的一部分上延伸的面状的元件。混合元件4不仅具有混合功能，在该混合功能中使表面上的可能的漂浮层分开，混合元件4而且还具有携动或驱动功能。由于混合元件4突出于混合体1的表面，生物质B的流动可作用到混合元件4上，其中混合体1的旋转运动进一步得到支持。此外，这些混合元件4使可能的漂浮层分开。由于这两个效果，可进一步提高生物气从生物质的获得或效率。 

在本实施例中，第一混合元件4在空心体1的上侧上沿着第一经线延伸，而第二混合元件4在空心体1的下侧上沿第二经线延伸。在此，赤道平面E用作下侧和上侧之间的分割面，并且经过球体的中心 点穿过该球体。经线理解为垂直地从该赤道平面在球表面上延伸到两极之一的线。第一经线设置成在赤道平面E内与第二经线成角度的。优选地，第一经线与第二经线的角度为45°到135°。根据图3a至3c的实施例示出径向相对于彼此错开90°的经线的布置。据此，第一混合元件4沿第一经线在混合体1的上侧的表面上从与点P2重合的起点延伸到沿直径方向与P2相对的终点。另一个混合元件4在混合体1的下侧的表面上沿第二经线从与点P1重合的起点延伸到沿直径方向与P1相对的终点。或者，各混合元件4还可沿混合体1的表面上的任何曲线延伸。 

在另一实施形式中，壁10的面向生物质B的表面可设有表面结构，该表面结构用于驱动空心体1和／或用于充分混合生物质B。生物质B从而可尤其有效地充分混合，这是因为在空心体1旋转时，生物质B的一部分停留于该表面上。停留于空心体1的表面上的生物质在此暴露于空气或生物气中并且可发酵。例如，可想到粗糙的表面结构。此外，在又一实施形式中可设想，多个针状的混合元件从空心体的表面突出。此外，还可想到将所描述的表面结构与面状的混合元件4相结合。 

此外，还可想到，给壁10的面向空腔11的表面也配设相应的表面结构。由此，位于空心体内的生物质可同样良好地充分混合。 

空心球1典型地具有在20cm到180cm的范围内、尤其在30cm至150cm之间的直径。如果空心体1具有另外的构形，例如横截面为卵形、椭圆形、矩形或正方形的，则这些尺寸涉及空心体的最大的延展长度。 

图4a至4c示出根据本发明的混合体1的第二实施形式。相同的部件用相同的附图标记标出。此外，所描述的所有实施例的部件特征可任意相互地组合成另外的实施例。 

在这里同样构成为空心球的混合体1的第二实施形式包括一另外的开口5。优选地，该另外的开口5与第一开口2沿直径相对地设置。换言之，第一开口2从平面E向上延伸，而第二开口5从平面E向下 延伸。此外，该另外的开口5优选以与第一开口2相同的形状和尺寸构成。通过设置一另外的开口5，在相同的时间段上，更大量的生物质B可流入空腔和离开该空腔。根据本发明的混合体的效率从而可进一步提高。 

在另外的实施形式中，还可设置另外的开口。或者，还可提供不具有开口的混合体或空心体1。在此讨论封闭的混合体。这样的混合体可构成为空心的，或可填装其密度比生物质低的材料，从而混合体漂浮在生物质上。或者，这样混合体还可包括如上所述的混合元件4。 

优选地，混合体或空心体1由相对于生物质以及由该生物质得到的生物气有抵抗力的塑料制成。该塑料的示例为：聚丙烯、聚乙烯或HDPE、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯等。 

根据本发明的混合体1可例如利用注塑方法制造。为此，混合体1还可由两个部分或者半壳形成，即，由一个在平面E上方延伸的上部部分和一个在平面E下方延伸的下部部分形成。然后可将这两个部分相互连接，尤其是粘接或焊接。或者，整个混合体1还可一体地制造。 

在另一实施形式中，混合体1也可由不锈钢或其表面任选地已进行阳极处理的铝、或者由其他金属材料制成。这里，混合体1还可如上所述地例如由两个半壳制成，然后将这两个半壳相互连接。 

附图标记列表

1   混合体、空心体 

10  壁 

11  空腔 

2   第一开口 

3   浮体 

4   混合元件 

5   第二开口 

L1  第一条线 

L2  第二条线 

P1  起点 

P2  终点 

W   侧壁 

D   盖 

B   生物质 

G   气体混合物 

O   生物质的表面 

M   中心点 

E   平面 

Claims (23)

1.用于生产生物气的方法，其中将生物质填装到生物气反应器(R)中，其特征在于，在生物质(B)上设置多个自由漂浮的混合体(1)，所述多个混合体(1)漂浮在生物质(B)的表面(O)上并且同时部分地浸入生物质(B)中，

所述混合体(1)构成为具有至少一个开口(2)的空心体，其中所述至少一个开口(2)允许生物质(B)进入或离开该空心体，

所述空心体具有至少一个另外的开口(5)，

所述混合体(1)具有球形的基本形状，并且细长的第一混合元件(4)在空心体的在赤道平面(E)上方的上侧上沿第一经线延伸，细长的第二混合元件在空心体的在赤道平面(E)下方的下侧上沿第二经线延伸，其中，第一混合元件(4)和第二混合元件(4)在赤道平面(E)内成角度地相互错开地设置，并且

各所述混合元件设置在所述混合体的外侧上。

2.根据权利要求1所述的、用于生产生物气的方法，其特征在于，所述多个混合体(1)覆盖生物质(B)的表面(O)的20％到85％。

3.根据权利要求2所述的、用于生产生物气的方法，其特征在于，所述多个混合体(1)覆盖生物质(B)的表面(O)的30％到70％。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述另外的开口(5)基本上与第一开口(2)沿直径方向相对地设置。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述混合体(1)具有表面结构。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，各所述开口(2，5)在由第一条线(L1)和第二条线(L2)界定的表面部分上延伸，其中所述第一条线(L1)是空心体的表面与通过空心体的中心点(M)延伸的平面(E)相交的并且从起点(P1)延伸到不同于该起点(P1)的终点(P2)的交线，并且所述第二条线(L2)是弧形线，该弧形线在空心体的表面上弧形或弯曲地从所述第一条线(L1)的起点(P1)延伸到所述第一条线(L1)的终点(P2)。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一和第二混合元件(4)之间的角度在赤道平面(E)内在45°至135°之间。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述混合体(1)包括至少一个浮体(3)。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述至少一个浮体(3)设置在空心体(1)内部。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述至少一个浮体(3)具有空腔，该空腔填装有密度比生物质低的介质。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述至少一个浮体(3)填装的介质为气体或者发泡的塑料。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述气体是空气。

13.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述至少一个浮体(3)与空心体的壁(10)一体地形成。

14.用于在根据权利要求1至13中任一项所述的方法中应用的混合体(1)，其特征在于，所述混合体(1)构成为具有至少一个开口(2)的空心体，其中所述至少一个开口(2)允许生物质(B)进入或离开该空心体，

所述空心体具有至少一个另外的开口(5)，

所述混合体(1)具有球形的基本形状，并且细长的第一混合元件(4)在空心体的在赤道平面(E)上方的上侧上沿第一经线延伸，细长的第二混合元件在空心体的在赤道平面(E)下方的下侧上沿第二经线延伸，其中，第一混合元件(4)和第二混合元件(4)在赤道平面(E)内成角度地相互错开地设置，并且

各所述混合元件设置在所述混合体的外侧上。

15.根据权利要求14所述的混合体(1)，其特征在于，所述另外的开口(5)基本上与第一开口(2)沿直径方向相对地设置。

16.根据权利要求14或15所述的混合体(1)，其特征在于，各所述开口(2，5)在由第一条线(L1)和第二条线(L2)界定的表面部分上延伸，其中所述第一条线(L1)是空心体的表面与通过空心体的中心点(M)延伸的平面(E)相交的并且从起点(P1)延伸到不同于该起点(P1)的终点(P2)的交线，并且所述第二条线(L2)是弧形线，该弧形线在空心体的表面上弧形或弯曲地从所述第一条线(L1)的起点(P1)延伸到所述第一条线(L1)终点(P2)。

17.根据权利要求14或15所述的混合体(1)，其特征在于，所述第一和第二混合元件(4)之间的角度在赤道平面(E)内在45°至135°之间。

18.根据权利要求14或15所述的混合体(1)，其特征在于，所述混合体(1)包括至少一个浮体(3)。

19.根据权利要求18所述的混合体(1)，其特征在于，所述至少一个浮体(3)设置在空心体(1)内部。

20.根据权利要求18所述的混合体(1)，其特征在于，所述至少一个浮体(3)具有空腔，该空腔填装有密度比生物质低的介质。

21.根据权利要求20所述的混合体(1)，其特征在于，所述至少一个浮体(3)填装的介质为气体或者发泡的塑料。

22.根据权利要求21所述的混合体(1)，其特征在于，所述气体是空气。

23.根据权利要求18所述的混合体(1)，其特征在于，所述至少一个浮体(3)与空心体的壁(10)一体地形成。