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专利名称:处理沼气装置的有机残留物的方法及设备的制作方法
技术领域:
本发明涉及一种用于处理有机生物残留物的方法和设备,特别是来自市政的和/或工商业的残留物,包括未加工的和/或烹制后的食物残留,农业残留物,尤其是动物排泄物和/或植物的物质,而且还处理为了进行加工处理而种植的植物物质,在该加工处理中将这些物质至少部分地供给厌氧反应器,并且这里提取通过发酵产生的沼气转移并将剩余的发酵残留物供应给其它用途。
背景技术:
现有技术中,为了分解固态和液态的有机生物物质,已知对原始混
合物-必要时通过前置的机械的预备处理(例如沉沙池(Sandfang))-进行酸化处理并将其供应给发酵处理,也就是用以生成沼气的发酵。在这种所述的沼气化中除了产生真正的沼气以外,还生成作为发酵残留物的残留物成分,所述残留物成分能够作为混合肥料输出或作为肥料添加物进行进一步处理。所述残留物成分具有大约6-7%的干燥物质(TS)。这种分解方法总体上可用于液体肥料、玉米青贮、谷类或乳浆或类似物质。当然,不是每种原生物物质(Ausgangs-Biomass
e)都同样适用于发酵。经常产生这样的问题,即,不能进行发酵的剩余物过多地残留,这些剩余物必须进行处理或进行专门的利用。的别是包含木质素(Lignin)或类似物的剩余物不能充分发酵。这些剩余物经常要进一步加工成肥料。
通常,将相对于干燥物质(TS)的成分含有大于3%的氮或磷或钾的最低含量的有机残留物定义为"肥料"。在将上述发酵残留物加工成肥料原材料时,在机械的预备处理之后,利用分离在两个支流中继续引导发酵残留物以进行增稠。对第一支流进行干燥,以制成干燥的含有大约85%(TS)的干燥物质成分的所谓的底肥(FussdUnger),而使在压缩后剩下的液体成分的第二支流经过蒸发,以制成含有大约15°/。的干燥物质成分的所谓的顶肥(Kopfdiinger)。当这两种原材料在其营养成分上具有较高的值时,这两种原材料能够在农业上使用,底肥优选在秋天使用,以使处于生长中的植物度过冬天,而顶肥优选在春季使用。尽管产生的发酵残留物特别是在>l匿的大型装置中由于其数量形成清除问题,但是这种发酵残留物在农业上的施用无论其组成如何都属于其应用的常用途径虽然来自对发酵残留物的蒸发的湿的顶肥通常情况下具有大约6°/。最低含量的氮,但是与其相对,来自发酵残留物的干燥处理的、干燥的底肥通常不足3°/。的最低含量。当然,氮、钾和磷这三种肥料组成成分的比例取决于发酵残留物原材料的组成,并且还取决于发酵残留物能够以何种程度例如使氨与其中所含氮的键合
/结合。
发明内容
现在,本发明的目的是,提供一种在开头所述类型的方法及设备,所述方法和设备实现了改进对有机残留物的处理,以产生可利用的物质,例如能量载体,但也可以产生肥料形式的可利用物质作为能量载体。这里所述方法还i殳定成,优化与可利用再生原材冲牛(NaWaRo)的处理有关的能量循环。具体地,这还通过多级真空蒸发而实现,可以给所述真空蒸发配设(温度湿度)调节,这种调节没有外部能量也可以进行。
本发明的目的基本上通过权利要求1所述的方法得以实现。所述方法有利的实施形式由后面的从属权利要求得出。本发明的设备由权利要求22得知。所述设备有利的实施形式在与其相关的从属权利中提及。
由此,本发明的核心构思是,在来自增稠的液体流经过一次从液体流中分离出浓缩物和冷凝物的处理之后,使由增稠产生的发酵残留物结块和来自增稠的液体流至少部分地再次汇集,由此例如在由有机残留物生成沼气的过程中以改进的方式在能量上利用所产生的发酵残留物。所述冷凝物几乎完全由水组成,而存在于液体流中的其它组成成分浓缩成浓缩物。这样,利用这样获得的浓缩物能够使发酵残留物重新富集化并且进行进一步的例如干燥或制粒的形式的调节。因此,在由此产生的结果中,使所有存在于发酵残留物中的组成成分与发酵残留物水分分离,然后这些组成成分浓缩,从而由此获得的底肥浓缩物的利用提供了在进一步利用中的改进的产出率。这意味着,当必要时,通过由沼气生成和其发电提供的能量而使发酵残留物升级,由此本发明实现了对例如在沼气生成中产生的发酵残留物的最佳的利用。这里术语
"升级
(Aufwertung)"既可以理解为通过增稠(系数1:10)实现的较好的>|喿作、可存放性、用于生成热量的可利用性,或理解为具有添加物的富集化,也可以理解为其它处理,例如干燥。借助于本发明的方法,给出了一种符合生态学的以及由此可持续的方法,以用于利用例如还含有木质素的生物物质。
根据一个有利的实施例,将由沼气的利用所产生的余热用于进行干燥。如果系统应该绝对自给自足地运行,则供使用的余热决定了由底肥和转移的浓缩物组成的底肥混合物中的水成分的含量。换句话说,如果有足够的热量供以使用,就能够使全部获得的浓缩物混入到增稠的结块中,并接下来对该混合物进行干燥。已经证明有利的是,在对所述底肥进行干燥的过程中向底肥中混入所述浓缩物(下文中还将结合带式干燥器进行说明)。
根据一个有利的实施例,借助于真空蒸发进行用于使浓缩物和冷凝物从液体流中分离的处理。可选择地,还可以通过具有逆向渗透的超过滤给设置所述分离。在此,所获得的截留物相当于用发酵残留物的组成成分富集化的浓缩物。
转移到底肥中的浓缩物的物质流至少是这样来选择,即,富集化的干燥产物,即在其干燥后的底肥具有3%的最低含量的氮和/或钾和/或磷或者是它们的组合。由此,所获得的产物用作有机肥料。
接下来,现在结合一基本循环对本发明方法的基本设计进行说明,该基本循环仅涉及有机肥料的制造。
本发明的基本循环中,将由对发酵残留物的处理生成的多余的氮成分、钾成分或磷成分再混入到低等(minderwertig)的肥料流中,也就是说,在实践中多数情况是混入底肥中,并有利地进入到物料中,在底肥中由沼气生物热电设备的余热/废热提供对此所需的能量,由此进行从质量上低等的生物物质到用于农业的有机肥料的转换。实际上,这里通常通过热量交换器进行生物热电设备余热向干燥或蒸发过程的能量传递,借助于所述热量交换器,将余热传送到蒸发器或干燥器/调节器上。为了实现上述的能量输送,在其干燥期间向底肥供应的潮湿的顶肥的物料比例通过由生物热电设备的余热提供的能量数值重新共同确定。这意
味着,营养成分丰富的顶肥与原本低等的具有远低于3°/。的钾或磷或氮的
底肥的比例越大,则来自生物热电设备的余热的能量数值就越高,从而还能够对富集化的底肥充分地进行干燥。由于供使用的余热能量,所转
移的顶肥的参数a)蒸发质量、b)干燥质量以及c)物质流(Massenstrom)是这样来选择的,即,由加工产生的底肥具有3%的最低含量的氮或钾或磷。实验证明,底肥到有机肥料的升级可以在没有"来自外界,,的肥料添加的情况下通过采用所述用于沼气生成的湿式发酵装置来实现,在沼气生成中,这样供应一定的在利用沼气运行的生物热电设备的余热中的剩余的能量数值,以便用于干燥和蒸发的运行,即,利用这些剩余的能量,可以实现在全部所生成的顶肥的20°/。的大小范围内的从顶肥到底肥的物料(质量)转移。
发酵残留物原材料的组成成分发生变动,由此发酵残留物原材料在工艺技术上的特性也会发生变化。这影响了固体物质的可分离性,这又影响到干燥和蒸发的效率,并最终影响到由此产生的浓缩物的量。当发酵残留物发生最大的蒸发时,所产生的底肥的浓缩物数量最低,而在增稠后干燥物质成分提高时,导出的浓缩物量类似地提升。
为了能够连续地保持有机肥料的生成,根据一有利的实施形式,在其增稠后,向发酵残留物原材料供应酸,例如H2S04,以能够将在发酵残留物中的氮化合物的挥发性的成分,例如氨4定合在发酵残留物中。由于这种键合,在所处理的支流中,通常是在两个支流中,也就是说,在干燥的底肥的生成中以及在潮湿的顶肥的生成中,氮成分提高。此外,在发酵残留物中这样结合这些氮化合物具有这样的
优点,即,没有气味从发酵残留物中逸出,例如当从发酵残留物放出氨时的情况那样。根据本发明有利地在对发酵残留物原材料增稠之后进行向由此产生的发酵残留物结块中加入硫酸,这是因为由此抑制了泡沫的形成。因为固体物质存在于压缩结块中,所以也就避免了漂浮,也就是避免了浮起(悬浮)。如果向发酵残留物的液体成分加入酸可能导致形成泡沫,则可
以采用泡沫抑制剂(Schaumhemmer)或i殳置用于抑制泡沫的机械元件。大量实验还证明了,发酵残留物的停留时间和温度在抑制泡沫过程中起到重要的作用。由于这个原因,在中间装入停留时间容器和/或可以对发酵残留物进行预热。最后,对浓缩物进行隔热,从而能够用较小的能量消耗保持温度并由此可以运输尽可能多的干燥物质。
根据所述方法的一个有利的实施例,所述机械的预备处理除了上述借助于压机或倾析器进行的增稠处理之外,还包括借助于由所述增稠产生的液体成分的振动篩而进行的滤筛/精筛,以过滤出精细纤维,所述超精细纤维在顶肥的蒸发处理过程中会固着在蒸发器中或者在超滤/逆向渗透期间会发生固着。
被认为有利的是,由厌氧甲烷化所产生的发酵残留物中间产物临时存放在发酵残留物贮存器中,以缓冲发酵残留物处理的产能
利用。
关于静止存放还具有这样的优点,即,酸化处理前,对于玉米青贮料或其它青贮料或纤维材料的情况,培养基/,并且将培养基基质放置成熟,从而使培养基中的气体夹杂排出。除了具有抑制厌氧反应器中的漂浮层的优点之外,对于发酵残留物的处理还具有这样的优点,即,使氨化过程(由冊3形成NH4)和酸化可以顺利进行。换句话说,在向发酵残留物中添加酸时的pH值迁移能够可靠地并可计算地进行。
在将顶肥的比例调节的物质流混入到底肥中时,根据所进行的实验被视为非常有利的是,采用带式干燥器装置,在所述带式干燥器装置中,顶肥被"激发"进入到已经部分干燥的底肥中。这样釆用这样一种方法,在该方法中将可从调节器取出的、由来自两种不同的湿混合物支路_即底肥和顶肥一组成的干燥物料组合在一起,所述湿混合物的干燥物质含量不同。所述两种湿混合物在干燥过程中在干燥空间中汇合,并且作为干燥物被取出。这种新的调节器设计和与其相关的方法实现了对湿混合物的干燥,即,对顶肥的干燥,由于其较少的干燥物质含量可以将所述顶肥视为液体,也就是接近液态的混合物。具有如此较少的干燥物质含量的湿混合物的干燥这样来实现,即,将其掺入待干燥的第一湿混合物,所述第一湿混合物作为用于
"液态"的第二湿混合物的载体。来自干燥装置的最终产物具有大约80%的干燥物质含量。由于添加了含有氮、钾或磷的"丰富的"顶肥,从干燥装置取出的最终产物具有这些物质中的至
少一种的3°/。的最低含量,也就是说,这是一种肥料,重要的是这种肥料还是纯有机的。与将液体肥料/液体肥料(GUlie)的直接排放到田地中相比,将干燥的底肥富集化称为高价值的有机肥料具有这样的优点,即,具有小得多的气味污染。此外,由于干燥肥料与作为废料的发酵残留物基质相比较小的重量还降低了任何可能的运输成本。
可以使用湿式发酵器作为用于沼气生成的发酵器,其中,为了保证功能正常的运行,所述湿式发酵器需要一定的最底水含量,或换而言之所述不许超过干燥物质的最大值,其中根据原料的不同,通常为10-13%的干燥物质。为了确保低于所述水需求,根据本发明的一个有利的实施例,可以将由蒸发顶肥或由干燥底肥所获得的冷凝物回输。所述回输物可以直接定量供应给制浆过程(Anmaischung),或可替代地,定量供应到发酵器的输入管道中。当冷凝物中含有泡沫或很多可蒸发的物质时,可以采用逆向渗透,以便不用不必要地给所述制浆过程,但尤其实酸化和发酵过程加载例如固体和/或盐。
尽管将冷凝物的回输到发酵器中会导致能量损耗,需要强调的是,相比于引入系统外的新水,将冷凝物回输到制浆过程中明显更为节省能量,这是因为所述冷凝物已经具有较高的温度
(大约55。C),利用这种温度提高了原料的温度。由此,这样设计的冷凝物利用还由于其可能的污染对于任何形式"衍生(Ableitung)"都是合理和经济的解决方案。
相对于湿式发酵器,还能够使用干式发酵器。在干式发酵器中,曱烷化和沼气获得可以利用提高所供给干燥物质的比例来实现,这是因为基本上可以放弃例如来自在蒸发或干燥时获得的冷凝物的水供应。由于在使用干湿发酵器时需要较少的用于发酵残留物的蒸发和干燥的能量,
转移到底肥中的顶肥的比例由此升高到5oy。或更高。换句话说,使机械的预备处理后产生的由底肥和顶肥构成的支流再次汇合。除了将来自干燥处理的底肥用作农业上的高价值的肥料之外,还可以将底肥的利用设定汽化的形式,以产生能量上有价值的气体。下面利用本发明的"第二循环"的描述对所述汽化进行说明。
根据本发明的一个有利的实施例,在上述将低等的沼气处理成有机肥料的基本循环的后面设置一附加的第二循环,所述第二循环在以下进
行说明,但以上对于基本循环所述的内容类似地适用于所述第二循环
根据本发明的第二循环,干燥的底肥在后置的制粒过程中借助于制粒压缩机被压缩成颗粒。可替代地,可以采用挤出机。特别是当产生的有机肥料具有不能作为肥料利用的过量时,所述第二循环是有利的。根据本发明,因此,代替原始的能量载体,肥料获得可进一步处理的颗粒作为新的能量载体,由此将所获得的有机肥料重新作为可利用的原材料进行升级。在此制粒过程必需的能量能够从由生物热电设备所获得的能量中提取。现在为了再次考虑这样的能量需求,即,要通过利用沼气产生的能量来实现原始的发酵残