一种用于通过对有机材料加以厌氧消化来生产生物气体的设备,所述设备包括:消化器室,该消化器室限定出气体产生区域和气体收集区域。生物气体出口被限定在气体收集区域中,并且一个或更多个喷嘴被布置用来将气体冷却液体喷到容纳在气体收集区域内的气体中,以便冷却该气体。收集构件布置在所述气体收集区域中,以便当气体冷却液体从所述一个或更多个喷嘴喷向所述收集构件时收集气体冷却液体,从而防止气体冷却液体进入有机材料。收集构件被布置用来驱使所收集的气体冷却液体流到基于液体的安全阀中。
1.一种用于通过对有机材料加以厌氧消化来生产生物气体的设备,所述设备包括:-消化器室,所述消化器室限定:-用于容纳有机材料的气体产生区域,有机材料在被容纳在所述气体产生区域中时,通过消化该有机材料而产生生物气体;和-气体收集区域,所述气体收集区域位于所述消化器室中的所述气体产生区域上方以收集在所述气体产生区域中产生的生物气体;其中,在所述气体收集区域中限定有生物气体出口,所述生物气体出口被布置成使得生物气体经所述生物气体出口离开所述气体收集区域;其中,一个或更多个喷嘴被布置在所述气体收集区域中,所述喷嘴适合于将气体冷却液体喷到被容纳所述气体收集区域内的生物气体中,以便冷却生物气体;其中,在所述气体收集区域中布置有收集构件,以便当气体冷却液体从所述一个或更多个喷嘴喷向所述收集构件时收集气体冷却液体,从而防止气体冷却液体进入所述有机材料;其中,一个或更多个安全阀被布置在所述气体收集区域中,每一个所述安全阀限定出与所述气体收集区域的内部流体连接的入口、以及与所述设备的外部空气流体连接的出口;并且其中,所述一个或更多个安全阀中的至少一个是基于液体的安全阀,并且其中,所述收集构件被布置用来驱使所收集的气体冷却液体流到所述基于液体的安全阀中(由此,维持所述基于水的安全阀中的预定水位)。
2.根据权利要求1所述的设备,其中,所述收集构件相对于所述基于水的安全阀布置成防止气体和/或泡沫在所述收集构件和所述基于液体的安全阀之间通行。
3.根据任一前述权利要求所述的设备,其中,所述收集构件相对于所述气体收集区域的内壁布置成使得气体和/或泡沫能够在所述内壁和所述收集构件的最高点之间通行。
4.根据任一前述权利要求所述的设备,其中,所述收集构件限定出上表面和下表面,并且其中,在所述上表面和所述下表面之间布置有绝热器。
5.根据任一前述权利要求所述的设备,其中,所述收集构件相对于水平方向倾斜,以便朝向所述至少一个基于液体的安全阀引导所收集的气体冷却液体。
6.根据任一前述权利要求所述的设备,其中,所述收集构件布置成使得在使用期间收集的气体冷却液体滴落到所述基于液体的安全阀中。
7.根据任一前述权利要求所述的设备,其中,所述收集构件的最低点布置在所述基于液体的安全阀的入口的正上方。
8.根据任一前述权利要求所述的设备,其中,在操作所述设备期间,竖直线延伸通过所述收集构件的最低点和所述基于液体的安全阀的液体表面。
9.根据任一前述权利要求所述的设备,其中,所述基于液体的安全阀限定出液体出口,并且其中,所述液体出口被布置成允许来自所述基于液体的安全阀的多余液体经该液体出口离开所述基于液体的安全阀。
10.根据任一前述权利要求所述的设备,其中,所述基于液体的安全阀限定出串联布置的第一集液器和第二集液器。
11.根据权利要求10的设备,其中,所述基于液体的安全阀限定出气体出口,所述气体出口被布置成使得当所述第一集液器不包含预定量的液体时,气体将通过该气体出口从所述基于液体的安全阀散逸。
12.根据任一前述权利要求所述的设备,其中,从所述设备的外表面能够接近所述基于液体的安全阀。
13.根据任一前述权利要求所述的设备,其中,所述基于液体的安全阀以能滑动的方式布置在所述设备中,使得所述基于液体的安全阀能够在插入位置和移除位置之间滑动,在所述插入位置中,所述基于液体的安全阀布置在所述设备内在所述设备的气体收集区域中,在所述移除位置中,从所述设备外部能够接近所述基于液体的安全阀。
14.根据权利要求10-13中任一权利要求所述的设备,其中,所述第一集液器和所述第二集液器分别限定出第一液体区域和第二液体区域,在操作期间在所述第一液体区域和所述第二液体区域中提供有液体,并且其中,所述第一液体区域和所述第二液体区域流体连接,使得当旁通阀处于打开状态时,液体能够从所述第一液体区域流到所述第二液体区域,而当所述旁通阀处于关闭状态时,液体被阻止从所述第一液体区域通过所述旁通阀流至所述第二液体区域。
15.根据任一前述权利要求所述的设备,其中,所述喷嘴被布置成使得当气体冷却液体经所述喷嘴被喷出时,气体冷却液体被喷到泡沫中,该泡沫在使用所述设备期间由有机材料产生,并由此从所述气体产生区域上升到所述气体收集区域中,并在所述气体收集区域中继续朝向所述一个或更多个生物气体出口上升,所述一个或更多个喷嘴适合于喷射足以防止泡沫进入所述生物气体出口的气体冷却液体量。
16.根据任一前述权利要求所述的设备,其中,所述喷嘴适合于充当火和/或爆炸防止器件。技术领域
本发明涉及一种用来生产生物气体的设备。特别地,本发明涉及一种设备,该设备包括气体收集器、安全阀、气体冷却装置和气体出口。
背景技术
在许多城市和工业工厂中,在厌氧消化器中进行消化是处理工艺的一部分。消化(其可以是嗜寒的、嗜常温的或嗜热的)的目的在于将有机材料的一部分转化为生物气体用于产生电和/或热。同时,消化器减小固体量,由此使来自处理工厂的要被后续处置的材料量减小。本发明的一个或更多个实施例的目标是简化目前的厌氧消化器。
发明内容
在第一方面中,本发明涉及一种通过对有机材料加以厌氧消化来生产生物气体的设备,该设备包括:-消化器室,所述消化器室限定:-用来容纳所述有机材料的气体产生区域,当被容纳在所述气体产生区域中时,所述有机材料通过消化所述有机材料而产生所述生物气体;和-气体收集区域,所述气体收集区域的至少一部分位于所述消化器室中的所述气体产生区域上方,以收集所述气体产生区域中产生的所述生物气体;其中,生物气体出口被限定在所述气体收集区域中,所述生物气体出口被布置成使得生物气体通过所述生物气体出口离开所述气体收集区域;其中,一个或更多个喷嘴被布置在所述气体收集区域中,所述喷嘴适合于将气体冷却液体喷射到容纳所述气体收集区域内的所述气体中,以便冷却所述气体;其中,收集构件布置在所述气体收集区域中,以便当所述气体冷却液体从所述一个或更多个喷嘴喷向所述收集构件时收集所述气体冷却液体,从而防止所述气体冷却液体进入所述有机材料;其中,一个或更多个安全阀被布置在所述气体收集区域中,每一个所述安全阀限定出与所述气体收集区域的内部流体连接的入口、以及与所述设备的外部空气流体连接的出口;并且其中,一个或更多个安全阀中的至少一个安全阀是基于液体的安全阀,并且其中,所述收集构件被布置用来驱使所收集的气体冷却液体流到所述基于液体的安全阀中。布置收集构件使得所收集的气体冷却液体流到基于液体的安全阀中的一个优点是防止所收集的气体冷却液体流到有机材料中。这是希望的,因为所收集的气体冷却液体的进入将使得有机材料受到稀释,结果有机材料将停留在气体产生区域中较短的时间。有机材料停留在气体产生区域中较短的时间的结果将是,较低百分比的有机材料将被消化,并且因此气体产量将降低。本发明的一个其它优点是,通过将所收集的气体冷却液体引导到基于液体的安全阀中,保证基于液体的安全阀不会因蒸发而变得干涸。如果基于液体的安全阀因蒸发而变得干涸,基于液体的安全阀将停止工作。取决于系统的设计情况,这将引起生物气体以不受控制的方式散逸该设备,并且因此增加爆炸的危险。本发明的另一优点是,借助喷嘴喷到气体收集室中的液体可以用于防止火和/或爆炸,由此喷嘴充当阻火器/阻爆器。该设备适合于生产生物气体,例如,该生物气体包含作为主要成分的甲烷和二氧化碳。有机材料的示例是来自工业或城市废水处理的污泥、来自农场和农业的废料、能源作物、家庭垃圾、来自工业生产的废料。消化器室可以关于竖直线对称,诸如关于竖直线旋转地对称。替代地,消化器室可以不对称,从而例如气体收集区域被限定在该室的一侧中。该消化器可以由混凝土材料或金属材料限定。消化器的高度范围可以为1米至100米,诸如10米至50米。消化器的宽度范围可以为1米至100米,诸如10米至50米。消化器的容积范围可以为1立方米到10⁶立方米,诸如10³立方米到10⁴立方米。消化器可以限定废料入口供有机材料流到消化器中。此外,消化器可以包括废料出口供有机材料流出消化器。在一个实施例中,废料入口用于允许未处理的和/或部分处理的有机材料进入消化器。废料出口可以在一个实施例中用于允许已处理的和/或部分处理的废料离开消化器。部分处理的有机材料可以是已经经历生物气体生产但仍包含可以生产生物气体的生物材料的有机材料。在一个实施例中,废料入口布置在气体产生区域的下部分中,而废料出口布置在气体产生区域的上部分中。在替代实施例中,废料入口布置在气体产生区域的上部分中,而废料出口布置在气体产生区域的下部分中。泵可以被布置用来将有机材料泵送到消化器中。替代地,或者作为补充地,泵可以被布置用来将已处理的有机材料泵送出消化器。在一个实施例中,气体产生区域的至少一部分布置在气体收集区域的任何部分下方。此外,气体收集区域的至少一部分可以布置在气体产生区域的任何部分上方。在一个实施例中,气体收集区域的任何部分布置在气体产生区域的任何部分上方。气体产生区域的上部分的形状可以设计成将产生的气体引导到气体收集区域中。在一个实施例中,气体产生区域的顶板和/或侧壁的上部分限定出倾斜表面,该倾斜表面适合于将产生的气体引导到气体收集区域中。在一个实施例中,气体收集区域的宽度范围为0.2米至20米,诸如1米至15米,诸如5米至10米。在一个实施例中,气体收集区域的高度范围为0.2至20米,诸如1米至15米,诸如5米至10米。在一个实施例中,气体收集区域的容积范围为0.0008立方米至8000立方米,诸如1立方米到5000立方米,诸如1000立方米到2500立方米。在一个实施例中,气体收集区域不包括底板。在另一实施例中,气体收集区域的一个或更多个(诸如全部)侧壁形成气体产生区域的一个或更多个(诸如全部)侧壁的延长部。在一个实施例中,气体产生区域的上顶板和气体收集区域的一个或更多个侧壁之间的过渡区没有限定流动限制器件。在一个实施例中,气体产生区域和气体收集区域由相同的室限定,从而即没有将两个区域相互连接的管道或管。在一个实施例中,气体收集区域的下部分与气体产生区域的导入气体收集区域中的那部分一样宽。在一个实施例中,气体收集区域的下半部与气体产生区域的导入气体收集区域中的那部分一样宽。该气体收集区域的那部分可以是气体收集区域的可能最高部分。在一个实施例中,气体产生区域和气体收集区域的宽度没有在从气体产生区域朝向气体收集区域的生物气体出口的方向上增加。消化器相对于其环境可以是气密的,使得气体仅可通过气体收集区域的生物气体出口散逸。生物气体出口被限定在气体收集区域中,并且被布置成使得生物气体通过生物气体出口离开气体收集区域。在一个实施例中设置的生物气体出口多于一个,诸如为一个、两个、三个、四个、五个等等。生物气体出口可以布置在气体收集区域的上半部中,诸如在上三分之一部分中、诸如在上四分之一部分中、诸如在上五分之一部分中。在一个实施例中,一个或更多个生物气体出口被限定在气体收集区域的最上部分中。一个或更多个喷嘴布置在气体收集区域中。喷嘴适合于将气体冷却液体喷到容纳在气体收集区域内的气体中以便冷却该气体。应当理解,为了冷却该气体,气体冷却液体的温度必须低于该气体的温度。在一个实施例中,气体冷却液体的温度低于50°C,诸如低于40°C,诸如低于30°C,诸如低于20°C,诸如低于10°C。喷嘴可以分布在气体收集区域的顶板的区域上。该设备可以连接到已清洁的废水的供应源,该已清洁的废水通过喷嘴被喷到气体收集室中。收集构件布置在气体收集区域中,以便当气体冷却液体从一个或更多个喷嘴喷向收集构件时收集该气体冷却液体。由此,防止气体冷却液体进入气体产生区域并因此与与有机材料混合。喷嘴可以布置成使得经其喷射的液体仅可以碰撞收集构件。在一些实施例中,喷嘴也可以布置成使得液体在经喷嘴被喷出时也会碰撞位于收集构件上方的将该液体引导到收集构件上的任何表面。由于在消化器中产生气体,因此消化器包括安全阀,该安全阀适合于当消化器内的压力高于预定阈值时允许气体通过。这个阈值可以是2000Pa以上,诸如5000Pa以上。一个或更多个安全阀的至少一个是基于液体的安全阀,该基于液体的安全阀相对于收集构件如此布置,使得由收集构件收集的任何气体冷却液体被引导到基于液体的安全阀中,由此维持基于水的安全阀中的预定水位。基于液体的安全阀可以是集液器(waterxa0trap)。在一个实施例中,所述收集构件限定出上表面和下表面。为了收集气体冷却液体,上表面可以面对布置于收集构件上方的喷嘴。此外,下表面可以布置成使得它面对其中容纳有机材料的气体产生区域。因此,当气体从有机材料上升并进入消化器的气体收集区域时,它可以流向或接触收集构件的下表面。取决于下表面的温度,该气体可以被冷却到一定程度。应当理解,当冷的气体冷却液体被喷到收集构件的上表面上时,收集构件的上表面被冷却。因此,在上下表面之间不布置绝热器的实施例中,下表面也将被冷却。为了避免这种情况,在上下表面之间可以布置绝热器。因此,收集构件可以布置成夹层构造的形式,其中热绝缘构件限定该夹层构造的芯部。在另一实施例中,绝热器被固定到板(例如,金属板)的下表面,由此面对有机材料的表面相对于板的上表面绝缘。在一个实施例中,收集构件相对于水平方向倾斜以便朝向至少一个基于液体的安全阀引导所收集的气体冷却液体。收集构件相对于水平方向的倾斜可以在5和45度之间,诸如在20和30度之间。收集构件的上表面可以是平面。替代地,收集构件的上表面可以是凹入的或凸出的。收集构件可以布置成使得在使用期间收集的气体冷却液体滴到基于液体的安全阀中。滴下的气体冷却液体可以从收集构件落下,并且直接进入被包含基于液体的安全阀中的液体的表面中。替代地或作为补充地,滴下的气体冷却液体可以从收集构件落下,并直接到基于液体的安全阀的表面上,该表面不是被包含在其中的液体的上表面。液体在已经碰撞该非液体表面之后可以流到被包含在基于液体的安全阀内的液体中。此外,所述收集构件的最低点可以布置在基于液体的安全阀的入口正上方。在一个实施例中,这意味着在所述设备的操作期间,竖直线延伸通过收集构件的最低点和基于液体的安全阀的液体表面。基于液体的安全阀可以限定液体出口,该液体出口布置成允许来自基于液体的安全阀的多余液体经其离开基于液体的安全阀。此外,基于液体的安全阀可以限定串联或并联布置的第一和第二集液器。当第一和第二集液器串联布置时,流出第一集液器的任何液体可以随后流到第二集液器中。在一个实施例中,基于液体的安全阀限定气体出口,所述气体出口被布置成使得当所述第一集液器不包含预定量的液体时,气体将经所述气体出口从基于液体的安全阀散逸。该情况会发生在消化器内的压力超过预定阈值时,由此第一集液器中包含的液体流到第二集液器中和/或从基于液体的安全阀的气体出口吹出。因此,气体被防止进入液体出口。由于液体出口将通常连接到管道和管(例如下水道),因此不希望该气体被引导到这种管道和管中。这样一来,通过提供气体出口,气体可以被导向周围的空气中。应当理解,气体出口可以布置在升高的位置,使得气体不在地面附近排放。为了能够维护基于液体的安全阀,该基于液体的安全阀可以从设备的外表面接近。在一个实施例中,所述基于液体的安全阀以可滑动的方式布置在设备中,使得该基于液体的安全阀可以在插入位置和移除位置之间滑动,在所述插入位置中,它位于在设备内在其气体收集区域中,在所述移除位置中,该基于液体的安全阀可以从设备外部接近。替代地或作为补充地,基于液体的安全阀可以可枢转地连接到限定出气体收集区域的结构。在一些情况中,希望的是可以打开第一集液器,使得产生的气体通过气体出口导出。因此,在一个实施例中,第一和第二集液器分别限定第一和第二液体区域,在操作期间在该第一和第二液体区域中设置有液体。第一和第二液体区域可以流体连接,使得当旁通阀处于打开状态时,液体可以从第一液体区域流到第二液体区域,而当旁通阀处于关闭状态时,液体被阻止从第一液体区域通过旁通阀流到第二液体区域。在消化器的使用期间,有机材料可能产生泡沫,该泡沫将会从有机材料升起,向着收集构件上升,并向着气体出口进一步上升。这种泡沫是不期望的,因为它可能沉积在气体出口和与其连接的管/管道的内表面上。因此,在一个实施例中,喷嘴布置成使得当通过喷嘴喷出气体冷却液体时,气体冷却液体被喷到泡沫中,该泡沫在设备使用期间由有机材料产生,由此从气体产生区域上升到气体收集区域中,并在该气体收集区域中向着一个或更多个生物气体出口继续上升。一个或更多个喷嘴可以适合于喷射出足以防止泡沫进入生物气体出口的气体冷却液体量。此外,喷嘴可以适合于用作火和/或爆炸防止器件。在一个实施例中,收集构件相对于基于水的安全阀布置,使得气体和/或泡沫被防止在收集构件和基于液体的安全阀之间通行。这可以例如在省去设置收集构件和基于液体的安全阀之间的通道的情况下被实现。为了允许气体进入生物气体出口,收集构件可以相对于气体收集区域的内壁布置成使得气体和/或泡沫可以在收集构件的最高点和内壁之间通行。
附图说明
现在将参考附图描述本发明,其中:图1公开用于生产生物气体的设备的第一实施例,其中第一集液器关闭,图2公开用于生产生物气体的设备的第二实施例,其中第一集液器打开,图3公开用于生产生物气体的设备的第二实施例,其中第一集液器关闭,图4公开用于生产生物气体的设备的第二实施例,其中第一集液器打开,图5公开用于生产生物气体的设备的等轴测视图,并且图6公开用于生产生物气体的整个设备的剖视图。
具体实施方式
图1公开了用于通过消化有机材料102来生产生物气体的设备100。用来生产生物气体的设备100限定出气体产生区域104和气体收集区域106,该气体收集区域布置在气体产生区域104上方。在图1和图2的实施例中,有机材料102的上表面108被限定在气体产生区域104的上部分中。由有机材料102产生的任何生物气体将从气体产生区域104上升,并进入气体收集区域106,如箭头110指示。由于收集构件112的设置,气体在收集构件112和气体收集区域106的内表面111之间经过其间限定出的通道113引导。基于液体的安全阀114限定第一集液器118和第二集液器120。集液器118、120串联布置,使得第一集液器118相对于第二集液器120布置在上游。在图1的实施例中,两个集液器118、120都填充有水并因此关闭,而在图2的情况中,仅仅第二集液器120填充有水并因此关闭。因此,在图1的实施例中,只要气体压力低于由第一集液器118的设计所确定的预定阈值,气体就被阻止进入第一集液器118。结果是,生物气体在气体收集区域106中继续向上。在气体收集区域106的上部分中设置有多个喷嘴122。在使用中,气体冷却液体124被喷到生物气体中,由此,生物气体在通过生物气体出口126离开气体收集区域106之前被冷却。单向阀127可以布置在出口126中或者相对于该出口的下游(如图1和图2中的情况),使得气体收集区域106中的压降不引起所收集的气体流回到气体收集区域106中。由于收集构件112被布置用来收集气体冷却液体124,该收集构件适合于防止气体冷却液体124进入有机材料102。由于收集构件112相对于水平方向倾斜,收集构件112借助重力将所收集的气体冷却液体引导到第一集液器118中。这由箭头128指示。此外,通道护罩129被布置用来防止气体冷却液体进入通道113并因此进入有机材料。在图1和图2的实施例中,收集构件112和基于液体的安全阀被整合,以使得其间不限定通道。在第一集液器118中,所收集的气体冷却液体124流到第二集液器120中。这由箭头130指示。在第二集液器120中,气体冷却液体124通过液体出口132流出,如箭头134指示。在图2的实施例中,第一集液器118在其中不再有液体存在时打开。这可能出于打开了旁通阀136的原因,或者出于第一集液器118中的液体因气体收集区域106中的压力高于预定阈值而被吹出的原因。结果是,气体可以从出口138散逸,如箭头140指示。应当理解,第二集液器120的设置保证了气体将不进入液体出口132。反而,生物气体离开气体出口138。在图3和图4中公开本发明的第二实施例。这两个图的许多元件相同于图1和图2的元件。因此,相同的附图标记指示相同的元件。两个图之间的差异是收集构件112的布置和位置。在图1和图2中,收集构件112布置成使得通道113被限定在收集构件112和气体收集区域106的内表面111之间。在图3和图4中,没有限定出通道113。反而,收集构件112的上部分直接接触气体收集构件106的内表面111。为了允许生物气体流向生物气体出口126,通道116被限定在收集构件112的下部分和基于液体的安全阀114之间。为了保证借助收集构件收集的气体冷却液体不进入有机材料,收集构件112的最低部分布置在基于液体的安全阀114的正上方。因此,所收集的液体流动/滴落到基于液体的安全阀114中,其效果是,基于液体的安全阀恒定地被供应有液体,并且因此防止它因其中包含的液体蒸发而变得干涸。图5和图6分别公开用来生产生物气体的设备100的等距视图和剖视图。在图4中,从上方观察用于生产生物气体的设备100。在两个图中可以看到,消化器由较大结构142和较小结构144限定,该较大结构限定出气体产生区域104,该较小结构在较大结构142之上。这个较小结构144限定出气体收集区域106。在气体产生区域104中,设置有废料入口146和废料出口148,废料入口用来将废料供给到气体产生区域104中,有机材料经废料出口离开气体产生区域104。闩锁150被限定在较小结构144中。当闩锁150打开时,可以接近并由此维修集液器118、120。