用于生產(chǎn)生物質(zhì)制劑的裝置和方法與流程

本發(fā)明涉及一種用于生物質(zhì)制備（生物質(zhì)組合）的設(shè)備和方法，特指一種可發(fā)酵的生物質(zhì)制備，其通過(guò)生物、機(jī)械和/或微生物活化劑熱活化的組合，使其能夠針對(duì)難以被消解的生物反應(yīng)物，特別是生物質(zhì)中的木質(zhì)素，消解并使其可發(fā)酵。

背景技術(shù)：
:

傳統(tǒng)的沼氣設(shè)備以水解化和甲烷化細(xì)菌行作業(yè)工作，其可將含糖物質(zhì)等容易發(fā)酵的碳化合物代謝成甲烷。一般而言，沼氣為有機(jī)基質(zhì)經(jīng)厭氧發(fā)酵和腐敗等過(guò)程所產(chǎn)生的氣體混合物，沼氣的主要能量來(lái)源主要由甲烷（約起始材料體積的50-80％）、二氧化碳（體積的19-49％）和水蒸汽（體積的1-4％）組成。燃燒時(shí)，可以轉(zhuǎn)化例如為能量、氧和二氧化碳。

然而，現(xiàn)有技術(shù)的沼氣系統(tǒng)具有如下缺點(diǎn)：對(duì)于尤其是木質(zhì)纖維素，例如秸稈等起始材料，其完全不能或幾乎不能或者只能以很慢的速度發(fā)酵。在傳統(tǒng)的沼氣設(shè)備中，鑒于經(jīng)濟(jì)原因，生物質(zhì)在發(fā)酵器中停留的時(shí)間有限，因此未能發(fā)酵的生物質(zhì)超過(guò)50％以上。其效率低，因此起始材料使用消耗率高，在原料價(jià)格高漲時(shí)期，經(jīng)濟(jì)上非常不利，并危及傳統(tǒng)沼氣設(shè)備的收益。

已經(jīng)開(kāi)發(fā)的嗜熱沼氣反應(yīng)器，可在較高的溫度條件下發(fā)酵，藉此，難以發(fā)酵的物質(zhì)成分可以較容易被消解以及被甲烷化；但仍殘留相當(dāng)數(shù)量未發(fā)酵的生物質(zhì)成分，特別是秸稈生物質(zhì)，即使在總產(chǎn)率已超過(guò)50％碳量的情況下，仍導(dǎo)致最終處置庫(kù)內(nèi)形成浮動(dòng)層。植物生物質(zhì)包括特別是纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，木質(zhì)纖維素由木質(zhì)素層保護(hù)，因此，若無(wú)進(jìn)一步的預(yù)處理，其不能被發(fā)酵或者是僅能以非常緩慢的速度發(fā)酵。

近年來(lái)開(kāi)發(fā)了許多系統(tǒng)，通過(guò)起始材料的搗碎以達(dá)到更好的發(fā)酵，然而，這些系統(tǒng)能量消耗高，特別是用于機(jī)械驅(qū)動(dòng)的耗電量較高，借此所提高的效率相較之下為低，或者是幾乎無(wú)效率，而且更是遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到能夠消解木質(zhì)素的程度。

此外也開(kāi)發(fā)出生物和生化物質(zhì)方法，以?xún)?yōu)化沼氣設(shè)備的發(fā)酵代謝過(guò)程，通過(guò)這些方法可以糾正微生物代謝過(guò)程的缺失，借此可以提高產(chǎn)量。但是，上述該些方法并不能改變起始材料木質(zhì)纖維素發(fā)酵不佳的事實(shí)，若是原料50％以上為秸稈生物質(zhì)，例如玉米青貯，則秸稈幾乎不可能發(fā)酵這一缺失相形嚴(yán)重；使用傳統(tǒng)技術(shù)，通常仍然會(huì)有50％左右寶貴的生物質(zhì)起始材料未能被發(fā)酵，使用秸稈含量高的生物質(zhì)原料，如馬糞，其發(fā)酵往往很困難且效率低。

因此，近年來(lái)發(fā)展出一種使用蒸汽的活化方法，不過(guò)，在此的問(wèn)題是，蒸汽必須直接在沼氣設(shè)備中形成，亦即代價(jià)高昂，然而已經(jīng)證實(shí)，藉由蒸汽消解之后，其甲烷化的整體效率仍不能充分提高；至目前為止，例如含有秸稈的木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的最完全消解，以及通過(guò)該方法以達(dá)成生物質(zhì)原料的更完整發(fā)酵，其成果仍然無(wú)法令人滿(mǎn)意；此外，該方法還應(yīng)該高效、安全和具有經(jīng)濟(jì)效益。

木質(zhì)素由固體生物聚合物組成，其可以存儲(chǔ)于植物細(xì)胞壁上，并由此使植物細(xì)胞木質(zhì)化。木質(zhì)素特別是負(fù)責(zé)植物的抗壓強(qiáng)度，可見(jiàn)于莖、稈和/或外殼中。

木質(zhì)素的自然生物降解，其發(fā)生非常緩慢，在生物學(xué)上是一復(fù)雜而完整的過(guò)程，木質(zhì)素的降解總是在有氧條件下發(fā)生，且能量非常密集，因此不能作為唯一碳源和能源使用，也因此木質(zhì)素的自然降解不能被生物質(zhì)發(fā)電設(shè)備所利用。

木質(zhì)素的降解技術(shù)，特別是在紙漿生產(chǎn)過(guò)程中起重要作用，紙漿生產(chǎn)時(shí)，必須將木質(zhì)素從木質(zhì)纖維素中釋放出來(lái)，并在過(guò)程中除去。纖維素降解和隨后的紙漿漂白使用不同方法，約80％的紙漿廠中的消解使用所謂的硫酸鹽法，也稱(chēng)為硫酸鹽制漿法；纖維素降解的另一種方法是使用亞硫酸鹽法，其中木質(zhì)素的降解以磺化進(jìn)行之。

德國(guó)專(zhuān)利DE 10 2005 030 895 A1描述了一種用于消解存在于分散液中的生物材料的設(shè)備，其具有輸送該材料的容器，其中一組是由離散的聲音發(fā)生器引入，尤其是超聲波，該設(shè)備用于制造碎片，在此，超聲波發(fā)生器的熱能輸入量，足使下游側(cè)的發(fā)酵在適當(dāng)溫度下得以進(jìn)行；所描述的該設(shè)備一起與發(fā)酵器、沼氣于熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)電廠中使用，說(shuō)明中提到，為使發(fā)酵器內(nèi)容物充分混合，在高壓下從下方注入制備的量體。

德國(guó)專(zhuān)利DE 10 201 1 113 646 B3描述了一種用于消解的容器，其用于接收秸稈束并用于供給預(yù)熱酸/水混合物，其中該供給通過(guò)注射裝置或者通過(guò)底部的篩分組件達(dá)成，而該篩分組件可從固體生物質(zhì)中分離出液態(tài)水解物，優(yōu)選的，該活化于140-160℃下發(fā)生，使用無(wú)機(jī)酸或有機(jī)酸，并可降解50％的木質(zhì)素，而超過(guò)75％的半纖維素可被轉(zhuǎn)化為單糖。

德國(guó)專(zhuān)利DE 31 38 309 A1描述了一種用于木材和其他木素纖維素物質(zhì)的消解方法，其使用活在腸道的動(dòng)物，它們主要被發(fā)現(xiàn)存在于白蟻共生現(xiàn)象中。另外描述原生動(dòng)物和細(xì)菌于分離和繁殖后被凍結(jié)或被冷凍干燥。

德國(guó)專(zhuān)利DE 10 2011 118 067 A1描述了一種活化過(guò)程，其中添加了醋酸形成劑，通過(guò)所述活化劑促進(jìn)轉(zhuǎn)化成酸并維持其形式，“酸”在此亦可被理解為乙酸鹽，乙酸所成的鹽，因?yàn)樵谏锘瘜W(xué)過(guò)程中大部分會(huì)出現(xiàn)陰離子CH₃COO，形成所謂的乙酸鹽緩沖液，其利用活乙酸菌以及由糖醇和水制成的懸浮液，其中該懸浮液通常每立方米添加有1升的生物量，替選地，可以添加活酵母；該活化反應(yīng)發(fā)生于pH值低于4時(shí)，該設(shè)備采用螺旋攪拌器。

德國(guó)專(zhuān)利DE 198 58 187 C2描述了一種用于減少可腐化物質(zhì)的有機(jī)部分的方法和設(shè)備，其中，第一厭氧消化階段與熱分解，與隨后的第二厭氧消化階段結(jié)合，盡管使用了熱分解，也只能達(dá)成半纖維素的消解，而木質(zhì)素仍無(wú)法被消解，藉此大約只能提高10％左右的能量產(chǎn)率。

利用所有這些已知方法雖然也可以降解木質(zhì)素，但其成果并不符合經(jīng)濟(jì)效益，到目前為止，發(fā)酵器內(nèi)木質(zhì)素的降解，在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)層面上仍是效果不彰。因此至今為止，含有木質(zhì)纖維素的植物成分仍然未能被利用而只能成為沼渣（在沼氣池中高達(dá)生物質(zhì)的50％）。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
:

本發(fā)明的目的是提供一種生物質(zhì)制備的設(shè)備和方法，藉此，即使具有非常高含量木質(zhì)素的生物質(zhì)，例如谷物秸稈、馬糞、樹(shù)木截枝、沼渣和芒草或C4植物等，皆可以做為起始材料（反應(yīng)物）使用，而包含在反應(yīng)物中的有機(jī)碳含量可以盡可能完全被轉(zhuǎn)化成富含能量的烴（例如甲烷）。

本發(fā)明的目的可進(jìn)一步通過(guò)一種用于生物質(zhì)制備的方法實(shí)現(xiàn)，其包括：

a）提供一難以被消解的生物反應(yīng)物；

b）提供一用于消解該反應(yīng)物的試劑，在超過(guò)溫度T_A時(shí)可被活化，而其中T_A > 55℃；以及

c）活化該反應(yīng)物和該試劑的組合，以消解該反應(yīng)物。

實(shí)施例中該方法還可以包括：

d）提供一用于增加壓力或輸送體積的裝置。

在此，本發(fā)明的方法包括組合中的任選步驟，其中該組合由該反應(yīng)物和該試劑組合而成并用于消解該反應(yīng)物，其中并在熱裝置之前或之后，使用一例如泵或壓縮機(jī)的升壓裝置，將壓力提高至P > P_A。

本發(fā)明的方法特別有利于高效生產(chǎn)可發(fā)酵生物質(zhì)組合物，尤其是含木質(zhì)素反應(yīng)物的消解，特別是生產(chǎn)所謂沼氣，然而本發(fā)明并不局限于此。

本發(fā)明的方法主要奠基于微生物活化劑的熱活化作用，其中該活化劑可消解該反應(yīng)物（以下也稱(chēng)為用于消解該反應(yīng)物的試劑），并可藉由升壓而提升其消解能力。該活化劑與目前為止所使用的方法具有本質(zhì)上的差異。

本發(fā)明的微生物活化劑中含有約每毫升1000億顆大量的嗜熱嗜壓微生物顆粒，特別優(yōu)選的活化條件為溫度介于65至85℃之間；優(yōu)選為溫度介于70至80℃之間，而壓力介于2巴至6巴之間。

該活化劑可事先在預(yù)混合器內(nèi)彈性添加于該固體起始材料中；可替選地，該活化劑已經(jīng)事先加入并在預(yù)混合器中混合，而成為起始材料的組成成分；該活化劑例如可加入例如為秸稈的起始材料中，并例如通過(guò)一噴嘴裝置噴涂之，在這種情況下，該活化劑與起始材料粒子的表面進(jìn)行接觸。

另一種方法則是將該活化劑直接引入混合起始材料的管道中。

以下為二優(yōu)選微生物組，可單獨(dú)使用或優(yōu)選地結(jié)合使用：

- 厭氧或好氧微生物，其可分裂和降解生物分子（例如：蛋白質(zhì)、糖、脂肪、纖維素、核酸），亦即，其例如可消化長(zhǎng)鏈纖維素并將之轉(zhuǎn)化為較短鏈分子。

- 嗜熱微生物，其在高于活化溫度時(shí)產(chǎn)生剝離作用，例如將木質(zhì)素層從生物質(zhì)顆粒中剝離出。

在特別優(yōu)選的活化劑中，使用三種以上不同類(lèi)型的微生物，并且優(yōu)選為組合使用。

- 可分裂和降解生物分子的厭氧微生物，其例如可消化長(zhǎng)鏈纖維素并將之轉(zhuǎn)化為較短鏈分子；

- 借助氧氣和/或氧化劑推動(dòng)新陳代謝的好氧微生物；

- 高于活化溫度時(shí)產(chǎn)生剝離作用的嗜熱微生物，例如將木質(zhì)素層從生物質(zhì)顆粒中剝離出。

一活化劑的實(shí)施例中，以微量元素結(jié)合上述混合物與微生物。

一活化劑的具體實(shí)施例中，以膠凝劑結(jié)合上述混合物與微生物。

一進(jìn)一步活化劑的具體實(shí)施例中，以增強(qiáng)放熱反應(yīng)輔助方法結(jié)合上述混合物與微生物，該輔助方法隨后可用于加熱起始材料混合物。

本發(fā)明方法優(yōu)選為T(mén)S值介于15至40時(shí)進(jìn)行之，優(yōu)選為15至30，特別優(yōu)選為22至30，因?yàn)橹挥性谶@些值之下才能在秸稈液體混合物中取得一良好的熱傳導(dǎo)而發(fā)生活化效應(yīng)，并使得整個(gè)過(guò)程可在合理時(shí)間內(nèi)進(jìn)行。該TS值取決于所選擇起始材料而隨之在上述范圍內(nèi)變化。在此，在特別優(yōu)選的TS值范圍內(nèi)可獲得秸稈的最佳熱傳導(dǎo)；但這并不意味著在其它優(yōu)選溫度范圍內(nèi)，本發(fā)明方法不能同樣取得最大沼氣量，最大沼氣量的取得取決于木質(zhì)素來(lái)源或起始材料本身。

TS值（以百分比表示）為每公斤原料或起始材料的干物質(zhì)量。oTS值為有機(jī)干物質(zhì)量，此處做為T(mén)S值的同義詞。潮濕原料干物質(zhì)含量低，干燥原料則含有大量干物質(zhì)，一原料只有當(dāng)干物質(zhì)含量低于300克/千克．鮮重時(shí)才可被稱(chēng)為濕物質(zhì)，對(duì)應(yīng)為T(mén)S值30；只有當(dāng)干物質(zhì)含量超過(guò)500克/千克．鮮重（TS超過(guò)50）時(shí)才能被稱(chēng)為干燥物質(zhì)。

TS值由干物質(zhì)通過(guò)稱(chēng)重新鮮材料和隨后的干燥確定之。隨后，將干燥的樣品再次稱(chēng)重，兩個(gè)測(cè)量結(jié)果之間的差異在于水的含量，水于燥過(guò)程中被蒸發(fā)。干物質(zhì)的量以克/千克．鮮重示之，通常，干物質(zhì)亦可以百分比表示之，一330克/千克．鮮重的干物質(zhì)含量與總固體含量百分之三十三是相同的，或者以無(wú)量綱量示之TS = 33。

該熱活化的發(fā)生條件為：超過(guò)活化溫度T_A以及至少的活化時(shí)間Z_A。在此，為消解難以消解之起始材料成分，該實(shí)際達(dá)到的溫度Tt對(duì)于最少活化時(shí)間Z_A的長(zhǎng)短具有決定性的影響。生物學(xué)下目前的最低溫度Ta = 63℃，但它隨后仍然需要幾個(gè)小時(shí)的活化時(shí)間；因此，在技術(shù)上實(shí)際需要的溫度為T(mén)t = 70℃ 至 75℃,以在合理短時(shí)間內(nèi)達(dá)到活化。令人驚奇的發(fā)現(xiàn)為，活化溫度并沒(méi)有被清楚界定或限制，而是可彈性定義之。在此存在一關(guān)系：雙重超溫Tt–Ta可以至少減少一半的活化時(shí)間Za；從技術(shù)上來(lái)說(shuō)，最低溫度Ta下，超出的實(shí)際活化時(shí)間Zt比最少活化時(shí)間Za長(zhǎng)。通常熱活化可以連帶為起始材料消毒。

該例如為秸稈的固體反應(yīng)物，有利的為在固液混合之前先進(jìn)行機(jī)械粉碎。該起始進(jìn)料的機(jī)械粉碎以及隨后與加入的活化劑混合，皆根據(jù)本發(fā)明方法進(jìn)行之。任選地，產(chǎn)生一大于100巴的工作壓力，優(yōu)選為大于2巴或大于3巴，以抑制氣體的產(chǎn)生并增加氣體溶解度。增加壓力并非絕對(duì)必要，但在大氣壓力下往往伴隨C0₂和NH₃的出現(xiàn)和逸出。因此本發(fā)明的特征為，特別是在加熱區(qū)域范圍內(nèi)使用抗壓封閉式設(shè)備。該固體輸入料當(dāng)然是開(kāi)放的，在此，技術(shù)上通常利用漏斗將例如為秸稈倒入一固體輸入料裝置，然而，該固體輸入料相對(duì)該加熱區(qū)或該些加熱區(qū)而言為流體密封和壓力密封，壓力下降僅發(fā)生于熱活化之后，特別是在發(fā)酵器內(nèi)由于管端離開(kāi)時(shí)管的摩擦損失所引起的壓力下降。

在進(jìn)一步的實(shí)施例中，本發(fā)明方法如下：

制備時(shí)，首先提供一種主要由富含木質(zhì)素的有機(jī)干物質(zhì)生物質(zhì)組成的混合物，優(yōu)選地，將該混合物加熱到20℃至30℃，任選地，可預(yù)先使其與所述活化劑接觸，例如，通過(guò)噴灑等方式接觸。

該混合干物質(zhì)被壓縮成固體進(jìn)料，并與一引入的流動(dòng)流體混合，該混合方法可以使用福格申(VOGELSANG)的干式進(jìn)料系統(tǒng)(EnergyJet)，或者使用其他本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的混合器。

將該輸入的流動(dòng)流體預(yù)熱至約80℃，優(yōu)選為通過(guò)逐步升溫方式于循環(huán)系統(tǒng)中伴隨熱回收達(dá)成該預(yù)熱。

本發(fā)明方法進(jìn)一步實(shí)施例的循環(huán)設(shè)備中，所述方法可以周期方式進(jìn)行（見(jiàn)圖5）。

在周期A中，將液體進(jìn)料輸送到循環(huán)系統(tǒng)中，其中該循環(huán)閥（41）關(guān)閉，而該流入閥（43）和該計(jì)量閥（42）打開(kāi)；此外，該增壓泵和循環(huán)泵同時(shí)動(dòng)作；該預(yù)熱進(jìn)料流入進(jìn)料混合器（9）中，并在此和該固體進(jìn)料進(jìn)行攪拌混合；在每一周期中，同樣的靜壓推力輸送該混合進(jìn)料，通過(guò)該具熱活化作用的熱交換器（23）以及該回?zé)崞鳎?1），直至發(fā)酵器中。在此任選地，若為降壓所需，可安裝多個(gè)輸送設(shè)備。

在周期B內(nèi)，該流入閥（43）關(guān)閉，該循環(huán)閥（41）打開(kāi)，而該計(jì)量閥（42）關(guān)閉，因此，整個(gè)循環(huán)管路處于一工作壓力下，而該液體進(jìn)料則通過(guò)該循環(huán)中的循環(huán)泵被輸送，直到獲得所需的預(yù)熱溫度；然后，再次進(jìn)入周期A。

此時(shí)一部分在進(jìn)料混合器中產(chǎn)生的混合物已經(jīng)達(dá)到約70℃混合溫度，并進(jìn)一步加熱至80℃，以盡量超越生物制備的所有物質(zhì)元素的活化溫度，并如上所述使用例如由發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水加熱的回?zé)崾綗峤粨Q器。

任選地，接著進(jìn)行生物質(zhì)制備的冷卻。為了避免發(fā)酵器過(guò)熱，通常例如于一回?zé)崞髦羞M(jìn)行冷卻。

從木質(zhì)纖維素生物質(zhì)產(chǎn)生的生物質(zhì)組合物，接著即可在生物提煉廠或在沼氣設(shè)備中，作為具有非常高品質(zhì)的起始進(jìn)料使用。

微生物活化于回?zé)崾綗峤粨Q器中以及其后發(fā)生。本發(fā)明的活化起初導(dǎo)致木質(zhì)素的微生物分離，然后導(dǎo)致木質(zhì)素的微生物消解，即使當(dāng)溫度以及壓力再次下降時(shí)，該消解反應(yīng)還是可以再次發(fā)生進(jìn)行，直至停留并發(fā)生于隨后的發(fā)酵器中。因此，該活化僅須在優(yōu)選的幾秒的最短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行，而木質(zhì)素的微生物分解即可以隨后繼續(xù)自行發(fā)生進(jìn)行。因?yàn)槟举|(zhì)素的消解，相應(yīng)產(chǎn)生更多可利用的生物質(zhì)能源材料，例如生物甲烷。

此外，依據(jù)本發(fā)明的起始原料的搗碎與活化，對(duì)于混合器，分離器等輔助設(shè)備而言，其所需的電能顯著減少，所以整體來(lái)說(shuō)，可以在有利條件下以極少的額外電能來(lái)進(jìn)行木質(zhì)素的消解，因此本發(fā)明極具經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境保護(hù)效果。

本發(fā)明的目的是通過(guò)一種于實(shí)施本發(fā)明方法時(shí)所使用的設(shè)備而得以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)，其中該方法用于產(chǎn)生生物質(zhì)制備，其包括：

- 一裝置，用于引入一難以消解的生物反應(yīng)物（起始進(jìn)料）；

- 一具有一試劑的裝置，用于消解該反應(yīng)物，溫度超過(guò)T_A時(shí)進(jìn)行活化，其中T_A > 55℃；以及

該用于引入生物反應(yīng)物的裝置，可將難以消解的生物反應(yīng)物轉(zhuǎn)化成例如液體、糊狀和/或固體。

該設(shè)備還可以包括：

- 一用于增加壓力或輸送體積的裝置。

該用于增加壓力或輸送體積的裝置，可包括例如一個(gè)泵和/或壓縮機(jī)。

在進(jìn)一步的實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明用于生物質(zhì)制備的設(shè)備包括：

a）一裝置，用于引入難以消解的生物反應(yīng)物（一或多個(gè)），特別是具富含木質(zhì)素的反應(yīng)物；

b）一裝置，用于添加并混合一試劑（催化劑/活化劑），以消解該反應(yīng)物，其中該活化劑在溫度超過(guò)T_A可被啟用，其中T_A > 55℃，任選地，附加條件為壓力P > P_A，其中P_A > 1.3巴；

c）一裝置，在壓力P > P_A時(shí)，將溫度提高至T > T_A，以活化反應(yīng)物與活化劑的組合/混合物；

d）一裝置，用于增加壓力或輸送體積，特別是一個(gè)泵和/或壓縮機(jī)，優(yōu)選為設(shè)置于輸送方向上活化裝置之前。

根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備可以處理難以消解、尤其是含有木質(zhì)素的起始進(jìn)料，藉由大部分木質(zhì)素的消解，可實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)的生物制備，非常適合于生物提煉或沼氣設(shè)備使用。

所述活化劑包括一微生物混合物，優(yōu)選為加入一液體，并且可選擇地彈性補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)素和關(guān)鍵物質(zhì)。

根據(jù)本發(fā)明的微生物催化劑/活化劑中含有大量嗜熱嗜壓微生物（超過(guò)10⁸個(gè)/毫升，優(yōu)選為10¹⁰至10¹²個(gè)/毫升），特別優(yōu)選的活化條件為溫度介于65至85℃，而壓力介于2巴至6巴；該活化劑由微生物混合物組成，優(yōu)選為加入液體中。

所述活化劑是例如含有每毫升超過(guò)一百萬(wàn)個(gè)顆粒的懸浮液，優(yōu)選為每毫升超過(guò)十億個(gè)顆粒，優(yōu)選為包括嗜氧和厭氧嗜熱微生物，這些微生物的一部分用于形成溶劑，亦即生物體于原料顆粒的表面上局部地形成溶解，該溶劑可攻擊之前難以消解的表層且可溶解木質(zhì)素層，所以，可以形成溶劑的微生物的存在是必要的，優(yōu)選為形成溶劑的微生物為該熱活化微生物的組分。另外在此必須說(shuō)明的是，“形成可活化溶劑”與本發(fā)明沒(méi)有使用的“直接加入溶劑”是不同的，可活化溶劑的形成通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的微生物而實(shí)現(xiàn)，即藉由原生物（古菌）、細(xì)菌和/或真菌而實(shí)現(xiàn)；在此，必須說(shuō)明的是，活化后形成于生物質(zhì)界面的溶劑與一般在其它技術(shù)中所使用的溶劑是不同的；在此，活化后由微生物形成的溶劑導(dǎo)致例如最初只剝離木質(zhì)素層而非溶解木質(zhì)素，剝離后，該木質(zhì)素層斷片再由微生物溶解或消解成短鏈碳化合物。

所述反應(yīng)物可以以固體、糊狀或液體等形式形成并引入，以使幾乎所有可能的生物質(zhì)，例如秸稈、植物的莖、木屑、動(dòng)物糞便以及屠宰場(chǎng)廢棄物等皆可以被消解。

根據(jù)本發(fā)明的裝置可以包括一使反應(yīng)物與活化劑接觸的裝置，例如一混合腔，然而，在進(jìn)一步的實(shí)施例中，該反應(yīng)物于被導(dǎo)入本發(fā)明裝置之前已經(jīng)與活化劑接觸，例如將液體活化劑噴涂于反應(yīng)物上。

根據(jù)本發(fā)明用于熱活化的裝置，包括一用于將該反應(yīng)物以及將該生物質(zhì)制備的溫度調(diào)至活化溫度以上T > T_A的裝置，優(yōu)選為使用熱交換器，例如使用附近熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)的熱能進(jìn)行加熱。加熱混合活化劑的反應(yīng)物做為活化的開(kāi)端，優(yōu)選地，藉由提升壓力加強(qiáng)該活化，其中該壓力高于活化壓力P > P_A。在特定的實(shí)施中，溫度的增加也可通過(guò)內(nèi)部化學(xué)熱源達(dá)成，例如通過(guò)正在進(jìn)行的放熱反應(yīng)、通過(guò)電加熱或是通過(guò)電磁波或電磁噪聲的輻射熱等。進(jìn)一步其他替選方案，將以參照附圖的方式進(jìn)行更詳細(xì)的說(shuō)明。

本發(fā)明設(shè)備的進(jìn)一步實(shí)施例還包括一反應(yīng)物混合裝置，其設(shè)計(jì)方式如下：將具有固體、糊狀或液體等不同狀態(tài)的各種不同進(jìn)料預(yù)先混合，例如使用固體預(yù)混合裝置或是使用固液進(jìn)料混合器。

在一些實(shí)施例中，本發(fā)明設(shè)備具有一熱回收裝置，使得本發(fā)明設(shè)備可以以特別高效、節(jié)能的方式操作；在這種情況下，優(yōu)選地，從消解物得取的熱能可傳遞到至少一進(jìn)料，以提高其溫度。

本發(fā)明設(shè)備的各種實(shí)施例，可以被描述為一個(gè)由生物、機(jī)械和/或熱作用共同組成的設(shè)備：

- 一生物作用裝置，其用于測(cè)量微生物活化物質(zhì)（活化劑）劑量，在高于某一最低溫度時(shí)，它可以攻擊木質(zhì)素層；

- 一機(jī)械作用裝置，其用于引入難以消解的起始進(jìn)料（反應(yīng)物），混合活化劑，并由此達(dá)到一定的壓力水平；以及

- 一熱作用裝置，其用于將溫度調(diào)至高于活化溫度，從而達(dá)到活化劑的活化作用以及開(kāi)始木質(zhì)素的微生物消解過(guò)程。

在一進(jìn)一步的實(shí)施例中，本發(fā)明設(shè)備可以包括以下組件：

- 一用于制備生物質(zhì)混合物的裝置，例如，固液輸入系統(tǒng)、預(yù)發(fā)酵器以及水解或崩解步驟，其中，在輸出時(shí)提供一木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的質(zhì)量流；

- 一用于活化劑計(jì)量供給的裝置，只有當(dāng)壓力、溫度、營(yíng)養(yǎng)素濃度以及時(shí)間在或達(dá)到活化條件下，該活化劑才被活化；

- 一裝置，用于調(diào)整例如壓力為4巴，并用于例如泵或壓縮機(jī)的輸送。

- 一裝置，用于調(diào)整例如熱交換器或加熱器或內(nèi)部生化熱釋放的介質(zhì)溫度。

本發(fā)明設(shè)備可進(jìn)一步包括二加熱系統(tǒng)，即一預(yù)熱器和一回?zé)崞?，其中該預(yù)熱器將液體原料加熱至一預(yù)混合溫度Tv；該已預(yù)熱的液體進(jìn)料與一固定的原料制備進(jìn)行混合，該固定的原料制備優(yōu)選為做成碎片狀，例如切碎或磨碎的秸稈；所得混合溫度是T_M；該混合原料在混合前或混合后加入活化劑，隨后以一再熱器將溫度加熱至T > T_A；使得活化劑開(kāi)始活化，然后開(kāi)始木質(zhì)素的微生物分離，再然后開(kāi)始木質(zhì)素的微生物消解。

本發(fā)明設(shè)備可進(jìn)一步包括兩個(gè)泵系統(tǒng)，用于增加壓力與輸送體積，即第一泵系統(tǒng)用以構(gòu)建一工作壓力，而第二泵系統(tǒng)則用以產(chǎn)生一循環(huán)流，該循環(huán)流優(yōu)選為使液體進(jìn)料流過(guò)該預(yù)加熱器。

本發(fā)明設(shè)備可進(jìn)一步包括三個(gè)熱交換系統(tǒng)，其中至少兩個(gè)為泵以及一個(gè)用于提供分離液的分離器或者一個(gè)用于固體生物質(zhì)混入流體或液體生物質(zhì)的輸入系統(tǒng)。

優(yōu)選地，三個(gè)熱交換器系統(tǒng)被設(shè)計(jì)為，每一熱交換器系統(tǒng)皆可輸出50千瓦的熱量，額定熱輸入則為500千瓦。第一熱交換器做為預(yù)加熱器，可將被回?zé)崾綗峤粨Q器預(yù)熱至約50℃的分離液，于循環(huán)模式下加熱至80℃，該流體以約4至10巴的高壓流經(jīng)循環(huán)泵。第二熱交換器做為再熱器，其將生物質(zhì)/活化劑的的混合物再次加熱至超過(guò)70℃，優(yōu)選為80℃，使其能開(kāi)始消解該木質(zhì)素。第三熱交換器做為回?zé)崾綗峤粨Q器，其用于熱回收并將熱能傳遞至例如在逆流下從本發(fā)明已消解的生物質(zhì)制備所產(chǎn)生的熱能傳遞至所提供的分離液、該液體原料成分，此點(diǎn)對(duì)于熱輸入能否被局限在發(fā)酵器內(nèi)而言非常重要；優(yōu)選地，該些熱交換器被設(shè)計(jì)為管殼式換熱器，在連通的內(nèi)管內(nèi)分別流動(dòng)著粘度較高的流體，外管優(yōu)選使用卷曲形式，并具有兩個(gè)做為入口和出口的凸緣；總熱損耗約為額定熱輸入的6％至20％；該熱能可以例如通過(guò)一熱電聯(lián)供的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水再生式提供。

具有較高干物質(zhì)含量的原料，其壓力的產(chǎn)生與原料的輸送，從技術(shù)觀點(diǎn)而言是困難的，特別是在超過(guò)60℃的高溫條件下，因此，在一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施例中，本發(fā)明設(shè)備使用一加壓泵，其可將一T < 50℃的低溫流體原料壓縮成一具有例如為4至6巴的預(yù)壓Pv，然后才進(jìn)行流體原料的加熱；藉由工作壓力的增加防止了氣體的釋出，該工作壓力被用來(lái)作為主要驅(qū)動(dòng)力，使該體量可以移動(dòng)經(jīng)過(guò)管道、混合器、閥門(mén)和換熱器等。

該原料流體的預(yù)熱由另外的熱交換器進(jìn)行之，藉此，可能在沒(méi)有流體滲入進(jìn)料混合器的干擾輸送下，吸收該流體的熱量。特別優(yōu)選地，具有一由額外循環(huán)流通泵驅(qū)動(dòng)的循環(huán)流通加熱回路，其具有回路壓力Pk，該泵浦輸送壓力為從Pkr至Pkv，加熱回路中該壓力下降經(jīng)由管道、歧管、閥門(mén)、熱交換器等而達(dá)成。

流體輸入進(jìn)料混合器的入口由至少一閥門(mén)Ve關(guān)閉，該閥門(mén)可在開(kāi)口做變化，該循環(huán)流通回路同樣也具有一閥門(mén)Vk，其開(kāi)通或關(guān)閉該回路；第一位置為封閉循環(huán)閥Vk以及開(kāi)放進(jìn)料閥Ve，以帶入該循環(huán)回路；第二位置為循環(huán)流通位置，開(kāi)放循環(huán)閥Vk以及封閉進(jìn)料閥Ve；以上兩者之間的混合位置是可能的，并且有時(shí)是有利的。

本發(fā)明的進(jìn)一步發(fā)展，還包括一用于固體進(jìn)料的混合器，其任選地具有一活化劑以及流體輸入料，優(yōu)選為先預(yù)熱之。該進(jìn)料混合器包括一具有電機(jī)驅(qū)動(dòng)的壓縮路徑，其可形成由原料組成的液密性插塞，并不斷復(fù)制，其以在進(jìn)料混合器中混入固體原料的方式進(jìn)行之。該連續(xù)形成且持續(xù)消耗的插塞效果，可對(duì)在壓力下輸入的液體原料以及對(duì)該混合原料被熱活化的活化區(qū)域產(chǎn)生壓力密封效果。

在本發(fā)明一特定發(fā)展中，通過(guò)一種新穎的控制技術(shù)可保證該插塞的氣密性。習(xí)用技術(shù)以調(diào)整加壓泵的轉(zhuǎn)數(shù)做為控制手段，令人驚訝的是，藉此并無(wú)法保證可以防止液體滲入反輸送向；根據(jù)本發(fā)明在流體進(jìn)料輸入處配置有一做為調(diào)節(jié)的控制閥，安全起見(jiàn)并任選地，串聯(lián)連接一關(guān)閉推塊，如果進(jìn)料混合器的密封性不再，可藉此迅速降低該流量；藉由其作動(dòng)該進(jìn)料混合器自動(dòng)生成一持續(xù)消耗的進(jìn)料插塞，其具有密封性能，當(dāng)材料體量壓實(shí)的程度較高時(shí)，則該密封性能較優(yōu)，使得流體通道不存在。

本發(fā)明設(shè)備的進(jìn)一步發(fā)展，包括一用于干燥原料的膠凝劑。在一原料密封性不良的測(cè)試情況下，具有如下令人驚訝的結(jié)果，于預(yù)混合器內(nèi)固體進(jìn)料混合物添加膠凝劑，會(huì)對(duì)進(jìn)料混合器本身造成影響，亦即本身會(huì)形成特殊壓力密封式插塞。因此本實(shí)施例包括一具有膠凝劑輸入裝置的進(jìn)料混合器，適用的膠凝劑例如甲殼素制劑、殼聚糖制劑、油或果凍狀制劑，特別是那些在溫度升高時(shí)為液體，并在溫度低于60℃為果凍狀的膠凝劑，所添加的量可導(dǎo)致流體通道插塞封閉，在操作期間該插塞不斷消耗掉而材料被繼續(xù)加入混合，因此必須不斷增加新的膠凝劑。

以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

附圖說(shuō)明:

圖1是根據(jù)本發(fā)明設(shè)備的示意圖;

圖2是根據(jù)本發(fā)明設(shè)備一實(shí)施例，其中該設(shè)備具有一用于固體原料的進(jìn)料混合器;

圖3是根據(jù)本發(fā)明設(shè)備一實(shí)施例，其中該設(shè)備具有一用于固體和液體原料的進(jìn)料混合器;

圖4是根據(jù)本發(fā)明設(shè)備一實(shí)施例，其中該設(shè)備具有一用于熱回收的裝置;以及

圖5是根據(jù)本發(fā)明設(shè)備另一實(shí)施例示意圖;

圖6是使用本發(fā)明方法以及使用現(xiàn)有技術(shù)方法獲得沼氣量比較圖。

附圖標(biāo)記說(shuō)明

1 最終處置庫(kù)容器 2 分離器 3 分離器流體容器 4 除離器 5 沉淀器 6 仿生學(xué)HAT罐 7 仿生學(xué)LT罐 8 固體混合器 9 固體輸入料 21 回?zé)崞?- 熱交換器 22 預(yù)熱器 - 熱交換器 23 再熱器 - 熱交換器 31 高壓泵4巴，20-50℃ 32 循環(huán)泵1巴，70-90℃ 41 預(yù)熱器回路中的循環(huán)閥 42 用于固體輸入料的計(jì)量閥 43 用于預(yù)熱器的流入閥 44 分離器流體中預(yù)熱器的溢流閥 45 除離器的排放閥 51 除離器材料 - 固體沼渣 52 分離器流體TS04，低溫低黏度 53 在外殼加熱分離器流體

54 分離器流體通過(guò)流入閥，50℃ 55 分離器流體TS04在預(yù)熱器回路，80℃ 56 E-Mix，固體原料加入后，< 70℃ 57 E-Mix TS12，加熱后，80℃ 58 E-Mix TS12，冷卻至55℃，往發(fā)酵器 91 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水加熱該預(yù)熱器22 92 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水加熱該再熱器23 93 必要時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水加熱分離器流體3 94 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水加熱仿生學(xué)HT罐6 95 必要時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水加熱固體輸入料

該BMT系統(tǒng)的操作方式優(yōu)選為周期性操作。

A、 導(dǎo)入周期，以及來(lái)自循環(huán)的噴出物加入混合中

循環(huán)中的加熱周期，以及在熱交換器23中再加熱，和在WT21中冷卻；然后再次執(zhí)行A周期。 具體實(shí)施方式:

圖1示出,不同的原料（50、51-55）被放入制備裝置61-62進(jìn)行制備，該些制備裝置61-62可以例如為固-液進(jìn)料混合器，如干式進(jìn)料系統(tǒng)（EnergyJet），例如為液-液進(jìn)料混合器、預(yù)發(fā)酵器、水解步驟、熱粉碎機(jī)或分離裝置等等；一般來(lái)說(shuō)，本發(fā)明設(shè)備被提供有可泵送、可流動(dòng)和導(dǎo)熱性的生物質(zhì)材料（1），該材料含有在經(jīng)濟(jì)層面上有意思但卻難以被消解的木質(zhì)纖維素生物質(zhì)（在傳統(tǒng)系統(tǒng)中，高達(dá)60％的秸稈原料在相關(guān)經(jīng)濟(jì)效益設(shè)備與停留時(shí)間內(nèi)，不能被消解）。典型的生物質(zhì)材料（1）中，其有機(jī)物質(zhì)的30％至80％為木質(zhì)纖維素生物質(zhì)。為了能消解以前無(wú)法消解的木質(zhì)素并從而使如CH₄（甲烷）能源進(jìn)一步被釋放，添加一活化劑，然后將其活化，基本上該添加動(dòng)作可以在制備階段（61-62）先行進(jìn)行，且必須在活化階段（21）之前進(jìn)行。整個(gè)活化裝置由多個(gè)組件（41、31、21等）組成，并藉此建立適當(dāng)?shù)幕罨瘲l件，在此活化劑（42）的添加形成所述的生物條件（加入嗜熱活化作用微生物，必要時(shí)加以補(bǔ)充如微量元素等的輔助材料，其中該嗜熱活化作用微生物可以生成局部剝離木質(zhì)素生物質(zhì)的生化物質(zhì)）?；罨瘎┑奶砑油ㄟ^(guò)計(jì)量系統(tǒng)進(jìn)行，所給予劑量通常為0.1至10升/每噸總生物量。該計(jì)量系統(tǒng)（41）為任選，設(shè)計(jì)成在最高活化壓力下（例如4巴）也能夠計(jì)量供給；計(jì)量供給后，生物質(zhì)與活化劑混合并接觸，該動(dòng)作例如通過(guò)一固液輸入系統(tǒng)的混合（例如干式進(jìn)料系統(tǒng)EnergyJet）或是一流體泵（例如旋轉(zhuǎn)泵）的混合而實(shí)現(xiàn)；除了混合外，也可以在該輸送組件（31）上增加壓力，使其高于活化壓力Pa，并將其溫度上升至高于活化溫度Ta，為升高溫度可使用一加熱組件（21）（選自：熱交換器、加熱筒或是添加劑的放熱反應(yīng)所形成的內(nèi)部反應(yīng)熱源等）?；罨螅ɑ罨詈箝_(kāi)始于活化裝置21中）最初發(fā)生木質(zhì)纖維素生物質(zhì)剝離現(xiàn)象，然后木質(zhì)纖維素生物質(zhì)逐漸溶出，其中，通常難以被消解的生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成可發(fā)酵的混合物，特別是短鏈的碳化合物。

圖2示出根據(jù)本發(fā)明設(shè)備，其中該設(shè)備具有一進(jìn)料混合器，本文中標(biāo)記為（9），該混合器用于產(chǎn)生實(shí)際活化系統(tǒng)的起始進(jìn)料（1），我們還看到，所述泵（31）的位置被放置在流體回路中，重要的是，壓力大小根據(jù)該混合器（9）而決定，以及在熱活化裝置（21）中必須符合P > Pa和T > Ta。隨后，須被活化的起始進(jìn)料在此標(biāo)記為（58）。

將活化劑（42）加入該進(jìn)料流中，任選地，加入進(jìn)料混合物（50-55）中或加入由其所形成的進(jìn)料混合（1）中。將該起始進(jìn)料（1）帶至壓力P > Pa，溫度T>Ta，藉此使得活化開(kāi)始以及活化劑（42）的微生物組分開(kāi)始變得活躍。活化后，形成一反應(yīng)路徑，在此溫度已經(jīng)可以再次被降低，但非必要；溫度的降低可以例如通過(guò)回?zé)崾綗峤粨Q器而任選地運(yùn)用，以將發(fā)酵器的增溫限制在隨后的發(fā)酵器之內(nèi)。在嗜熱微生物發(fā)酵器中可以例如在活化后不需進(jìn)行冷卻動(dòng)作。在一特別優(yōu)選的方案中，為形成進(jìn)料混合（1）使用了一部分的固體沼渣，優(yōu)選為從最終處置庫(kù)取出，這些固體沼渣例如通過(guò)一分離裝置（過(guò)濾器、分離器等）而分離，并被帶至進(jìn)料混合器，在混合器中再與秸稈混合。另一特別優(yōu)選的實(shí)施例中，使用一部分液體沼渣或發(fā)酵器內(nèi)容物，其有機(jī)干物質(zhì)含量通常低于10％，優(yōu)選低于6％，最優(yōu)選低于4％，以將該流體含量分別加熱、壓縮，并供給活化劑；接著，將該干固體原料置入一合適的混合裝置中，例如福格申(VOGELSANG)的干式進(jìn)料系統(tǒng)（EnergyJet），并混合之，由此形成的進(jìn)料混合物，因?yàn)橐烟砑踊罨瘎┎⒁呀?jīng)過(guò)混合動(dòng)作，變成具備活化能力；而該預(yù)壓力也可以利用來(lái)做為至少部分的活化壓力；另外該混合后的前置溫度Tv，對(duì)于進(jìn)一步加熱以超過(guò)活化溫度Ta而言是一個(gè)很好的起始溫度；在特殊情況下，該混合器前置溫度Tv甚至已經(jīng)達(dá)到活化溫度Ta；一般而言，切換至進(jìn)一步的加熱路徑（21），使其超過(guò)溫度Ta，加熱方式如下：通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水的熱交換，通過(guò)電加熱器的多余電力，或是通過(guò)內(nèi)含的放熱試劑。

特別優(yōu)選為進(jìn)一步，將該有機(jī)干物質(zhì)（oTS）含量低的流體引入一例如為熱交換器回路的預(yù)熱裝置內(nèi)，并將壓力提升至壓力Pv，其高于活化壓力Pa；為此，使用一增壓步驟（31），并任選地再使用另一流通循環(huán)裝置（32）?；罨瘎?2）的添加可選擇地在進(jìn)料混合器之前（流體側(cè)或固體側(cè)，以利其混合效果）或在進(jìn)料混合器之后（但之后與后來(lái)的活化劑混合器結(jié)合成為（41）的一部分）進(jìn)行，然而任何情況下都必須是在熱作用活化裝置（21）之前；該活化劑（42或70）的添加也可以在混合器（9）之后進(jìn)行，但這并非有利，因?yàn)樾枇硗庠O(shè)置一活化劑混合器（41）；優(yōu)選地，該活化劑（42）的添加在進(jìn)料混合器（9）之前，或是于圖2所示系統(tǒng)（61-62）中，如此一來(lái)，該進(jìn)料混合器的混合作用才得以使活化劑（42或70）充分被混合。

圖3示出了本發(fā)明設(shè)備的進(jìn)一步實(shí)施例，在此本設(shè)備包括一用于混合固體和液體原料的裝置?；旌掀鳎?）之后，可用起始進(jìn)料（1）為活化做準(zhǔn)備，流體原料（53）的預(yù)熱通過(guò)一例如為熱交換器或加熱組件的熱路徑（22）進(jìn)行，任選地，該路徑通過(guò)帶有輸送裝置（32）的循環(huán)回路被延伸。該活化壓力優(yōu)選為以一增壓步驟或輸送裝置（31）形成，該加熱路徑（21）可以確保起始進(jìn)料所有溫度皆可到達(dá)至少T > Ta。該已活化的起始進(jìn)料（58或2）進(jìn)入反應(yīng)路徑中，在其中該剝離的木質(zhì)素被微生物溶解或消解掉。任選地，在此或之后，已活化原料的溫度被降低。圖3示出另一特定泵組件，在此該輸送裝置（31）已經(jīng)產(chǎn)生較高的工作壓力，該輸送裝置（31）可在流體起始進(jìn)料（53）包含熱路徑（22）的預(yù)熱器回路中，特別做為熱交換器使用，并可例如以發(fā)動(dòng)機(jī)的熱量加熱之。

作為加熱路徑（21和/或22）實(shí)施例的熱交換器也可以使用電加熱器或形成加熱的生化反應(yīng)組分代替之，至關(guān)重要的是，在該些加熱路徑中必須滿(mǎn)足一熱條件T > Ta，且必須將時(shí)間維持在Z > Za。

熱交換器的使用可以在以下情形中被省略，當(dāng)混合活化劑后該起使進(jìn)料混合物擁有一可輸送濃度，例如通過(guò)與流體混合方式，并在之前或之后因特殊的熱釋放而使其實(shí)際溫度Tt高于活化溫度Ta，且在至少時(shí)間Za內(nèi)至少保持在該溫度上；該特殊的熱釋放可以例如通過(guò)放熱反應(yīng)實(shí)現(xiàn)，例如可以通過(guò)使用氧化劑或其它反應(yīng)劑達(dá)成；氧氣的滲入，例如發(fā)生于從大氣中輸入固體原料時(shí)同時(shí)被帶入，有可能成為可以形成反應(yīng)的額外輔助方式。

圖4示出根據(jù)圖3中詳細(xì)描述的設(shè)備的另一變化形式，該設(shè)備的變化形式在此另具有一熱回收裝置（回?zé)崾綗峤粨Q器）?；罨?，起始進(jìn)料混合物最初具有一高于Ta的溫度，從而輸送很多比熱，這些熱可以例如被釋放出來(lái)，以預(yù)熱該起始進(jìn)料液體，在此所形成的現(xiàn)象是熱回收，其可降低設(shè)備的熱能消耗。此外，該熱輸入在該發(fā)酵器中被降減，優(yōu)選的溫度，例如回?zé)崾綗峤粨Q器之后為55°C，與圖3所示的實(shí)施例相比，圖4所示的設(shè)備具有一回?zé)崾綗峤粨Q器（23），其用于從已活化的起始進(jìn)料（58）中回收熱量，該回收的熱量可以例如被用來(lái)預(yù)熱流體起始進(jìn)料（53）。在一進(jìn)一步的實(shí)施例中，該回?zé)崾綗峤粨Q器（23）也可加熱一簡(jiǎn)單的冷卻器。

圖5示出根據(jù)本發(fā)明設(shè)備的示意性結(jié)構(gòu)。在該特定實(shí)施例中，特別是在固體輸入料（9）裝置中，因木質(zhì)纖維素生物質(zhì)與活化流體以及與回收材料的活化與混合作用，所引起的切碎秸稈的浮動(dòng)，可有利地避免之。

避免導(dǎo)熱至該秸稈與水混合物的解決方式如下： 首先經(jīng)由一分離器（2）將一粘性低的流體分離出來(lái)，使其適于被泵送，該流體在回?zé)崾綗峤粨Q器（21）中預(yù)熱，并在預(yù)熱器回路中藉由預(yù)熱器熱交換器（22）加熱至約70℃至80℃。熱能來(lái)源例如發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水。

在循環(huán)流通或周期性過(guò)程中，所述閥（41）關(guān)閉，通過(guò)計(jì)量閥（42）從預(yù)熱器回路中除去必需的回收量/分離器流體，并以例如6巴壓力加壓于已準(zhǔn)備好的有機(jī)質(zhì)量體。

該木質(zhì)纖維素生物質(zhì)必須根據(jù)本發(fā)明，以至少幾秒的時(shí)間，將溫度加熱至優(yōu)選為75℃，更優(yōu)選至85℃。

固體輸入料之后，該生物質(zhì)與活化劑的混合物可以立刻擁有70°C的混合溫度，隨后，在回?zé)崾綗峤粨Q器中再度被加熱至約80℃，藉此該微生物反應(yīng)被觸發(fā)，木質(zhì)素開(kāi)始裂解。

裂解后，任選地冷卻該混合物，例如通過(guò)逆流熱交換。在此該混合物溫度下降至低于60℃，并被輸送到發(fā)酵器中；該生物質(zhì)組合物開(kāi)始進(jìn)行發(fā)酵，此時(shí)，先前保護(hù)木質(zhì)素的生物質(zhì)組分被消解，并轉(zhuǎn)化成沼氣，然后可以在一熱電廠中被轉(zhuǎn)化并由此提供根據(jù)本發(fā)明設(shè)備所需要的能量，藉此形成一封閉的能量循環(huán)。

這意味著，依據(jù)起始進(jìn)料（例如秸稈）的不同，與現(xiàn)有技術(shù)方法相比，本發(fā)明可以達(dá)到三倍收益（高達(dá)600 Nm3/噸 (有機(jī)干物質(zhì))）。

實(shí)施例

（該附圖標(biāo)記適用于圖5）

例一

隨著現(xiàn)有工廠的動(dòng)力改建，最終處置庫(kù)開(kāi)始擁有高固體原料成分，從最終處置庫(kù)（1）將發(fā)酵殘余物除去，并將之導(dǎo)入分離器（2），藉此分離出，例如25％oTS固體成分（51），以及4％oTS的流體成分（52），該分離器分出的液體被暫時(shí)存儲(chǔ)在分離器的流體容器（3）中，必要時(shí)并為防霜而加熱之。

該固體成分（51）也被暫時(shí)存儲(chǔ)并在必要時(shí)被輸送至固體混合器（8）入口側(cè)，做為與輸入材料混合之用。通過(guò)一個(gè)產(chǎn)生壓力的泵（31）從儲(chǔ)存容器（3）將該4％oTS流體成分（52）吸出，并以高達(dá)5巴的供應(yīng)壓力壓縮之。

該低粘度和化學(xué)堿性的分離器流體（53）伴隨著少許壓降，流通經(jīng)過(guò)一熱交換器（21），在此其熱量被一加熱逆流（57）吸收，該逆流以加熱完畢且已活化的進(jìn)料混合物形式朝發(fā)酵器（58）方向輸送。

該已預(yù)熱的分離器流體流入混合室（82）被壓縮并以該方式在循環(huán)流通（55）中產(chǎn)生高達(dá)4巴的系統(tǒng)壓力。該流入僅于閥門(mén)（43）開(kāi)放時(shí)可行，任選地，可在預(yù)加熱器的循環(huán)回路（55）中建立一包括除離器（4）的緩沖存儲(chǔ)器，其具有一可再填充的存儲(chǔ)組件。

該循環(huán)回路（55）由一循環(huán)泵（32）驅(qū)動(dòng)，該循環(huán)泵的設(shè)計(jì)不以壓力為要求，而是特別著重耐腐蝕和耐高溫。壓力差為在循環(huán)回路中通過(guò)熱交換器（22）和混合腔（82、83、84）的壓力損失而形成。

該預(yù)加熱器（8）被設(shè)計(jì)為一管式熱交換器，通過(guò)沼氣熱電聯(lián)產(chǎn)取得的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水在逆流中加熱，因此，該加熱為百分百使用可再生能源的加熱。

該循環(huán)流經(jīng)過(guò)一混合腔（84）出口，在該混合腔出口上該流體被縮減，使得計(jì)量閥（42）上形成回壓作用；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)閥（42）打開(kāi)時(shí)，已加熱的分離器流體（55）以約80℃或更高的溫度流入固體輸入料（9）。

于進(jìn)入固體輸入料（9）途中，一射流噴射于該活化劑（仿生學(xué)流體），該射流出自?xún)?chǔ)罐（6）和為純凈熱水，并進(jìn)入腔室（81）內(nèi)。

該進(jìn)料輸入由一固體混合器（8）產(chǎn)生，其依據(jù)需求將新鮮生物質(zhì)與從分離器（2）中取得的回收材料（51）以及切碎秸稈進(jìn)行混合，并添加一功能上非常重要的生物成分 - 活化劑，該活化劑取自一儲(chǔ)罐（7）；在此該進(jìn)料也被粉碎至小于30mm顆粒大小/長(zhǎng)度，優(yōu)選為約10毫米。

該預(yù)混合進(jìn)料在固體輸入料（9）中，被壓縮，并與從腔室（81）流出的已預(yù)熱分離器流體均勻混合，在此，優(yōu)選地，該分離器流體占有較高的比例并具有較高的比熱，其形成具有例如混合溫度約70℃以下的生物質(zhì)制備（56），該生物質(zhì)制備（56）已加入活化劑但尚未開(kāi)始完全活化，并將進(jìn)一步被加熱直至被活化，然后在回?zé)崾綗峤粨Q器中略微冷卻，從此開(kāi)始將進(jìn)入生產(chǎn)沼氣的發(fā)酵器中，該產(chǎn)出的沼氣將被導(dǎo)出、收集并用于一熱電聯(lián)產(chǎn)單元，藉此，又將該從生物氣體燃燒所得熱能，通過(guò)例如熱水管道提供上述活化過(guò)程以及隨后預(yù)混合步驟所需熱能。

例二

在連續(xù)操作中，該根據(jù)本發(fā)明系統(tǒng)取得的生物質(zhì)制備在發(fā)酵器中幾乎是完全可利用及可回收的；藉此，經(jīng)過(guò)數(shù)月，在最終處置庫(kù)（1）中該有機(jī)固體含量（TS或o（=有機(jī)）TS）降至低于4％，此時(shí)已不再需要分離器（2），該最終處置庫(kù)液體可直接當(dāng)作液體原料（52）使用。

例三

作為起始進(jìn)料，主要應(yīng)該使用例如干秸稈，原因如下，因?yàn)楦山斩捠谴笮娃r(nóng)業(yè)營(yíng)運(yùn)下產(chǎn)生的垃圾廢物，在這種情況下，秸稈必須切碎；秸稈TS含量約超過(guò)85％，為了后續(xù)處理必須加入例如為發(fā)酵液的液體混合之，然而，這會(huì)使礦物質(zhì)含量越來(lái)越高，隨后，水被加入該進(jìn)料制備并與之混合，以使發(fā)酵器與最終處置庫(kù)中的礦物質(zhì)濃度不會(huì)長(zhǎng)期太高。

例四

如雞糞作為起始進(jìn)料，則酸銨太多，須從計(jì)量容器（5）取出一沉淀劑加入除離器（4）中，以將酸銨肥料從加熱循環(huán)流體（55）中沉淀出來(lái)，另外金屬離子和其他成分也可以藉此從預(yù)熱器回路中沉淀出來(lái)。

例五

該生物質(zhì)流體回路應(yīng)當(dāng)被沖洗，為此，打開(kāi)該流入閥（43）而關(guān)閉該循環(huán)閥（41），該計(jì)量閥（42）被打開(kāi)而該固體輸入料在必要時(shí)或在泄漏時(shí)可被橋接至他處（未示出），然后將由泵（31）、（32）輸送的流體流通經(jīng)過(guò)所有熱交換器并清除之；回?zé)崾綗峤粨Q器（21）之后，該流體可以再次被泵送入容器（3）（未示出）。

例六

對(duì)于總干物質(zhì)具有20％以上高木質(zhì)素含量的生物質(zhì)而言，需要在高溫下使用特別強(qiáng)的活化，首先該計(jì)量閥（42）被關(guān)閉而該分離器流體（55）循環(huán)地流通經(jīng)過(guò)所述熱交換器（22），并升溫至85％，因此，只輸入小量固體原料，并在E-Mix（56）中形成一升高的混合溫度，并經(jīng)過(guò)隨后再熱器（23）進(jìn)一步升溫，必要時(shí)，該回?zé)崾綗峤粨Q器（21）也可以切換至加熱模式，以提升所述流體（57）的進(jìn)一步活化。

圖6示出沼氣（甲烷60％、二氧化碳37％、水3％）生產(chǎn)成果，該沼氣來(lái)自稀漿液（所謂的分離器液體或分離器流體（55），見(jiàn)上述）與小麥秸稈（以不同尺寸切碎）的混合物，于TS值約25條件下，在不同溫度下以四比一的混合比例混合；根據(jù)本發(fā)明的方法（G9-S3、G11-S4、G17-S7、G19-S8），與沒(méi)有使用活化裝置21的現(xiàn)有技術(shù)方法（G5-S1、G7-S2、G13-S5、G15-S6）相比較，本發(fā)明所獲得沼氣量顯著為高，其中，獲得最多沼氣是在溫度63℃時(shí)（G19-S8）；該方法是在一根據(jù)圖5所示設(shè)備60中進(jìn)行，其中，如上所述，現(xiàn)有技術(shù)方法中的設(shè)備沒(méi)有使用活化裝置21。