CN110650810A - 用于将进料至沼气反应器的原料卫生化的卫生化单元和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于对进料沼气反应器的原料进行卫生化或压力灭菌的卫生化单元，所述卫生化单元持续运行，并且所述卫生化单元(10)包括：‑用于高固体含量的原料的分隔空间(12)，所述分隔空间(12)是耐压的曲折连续管道(20)；‑用于将可供应的原料进料至空间(12)的进料装置(14)，所述进料装置(14)包括用于进料原料的活塞泵(22)；‑设置在管道(20)外部的加热装置(16)，用于加热所述空间(12)中的原料；‑测量装置(18)，用于测量所述空间(12)中存在的所述原料的温度和压力；‑控制装置(40)，设置成控制所述进料装置(14)和加热装置(16)，以基于测量装置的测量来将原料的停留时间和卫生化温度调节为就用于卫生化原料的卫生化或压力灭菌的持续时间而言是足够的。

Description

用于将进料至沼气反应器的原料卫生化的卫生化单元和方法

本发明涉及一种用于将进料至沼气反应器的原料卫生化的卫生化单元，该卫生化单元包括：

-分隔空间，用于可供应的高固体含量的原料，

-进料装置，设置在所述空间附近，用于向所述空间进料可供应的原料，

-加热装置，设置在所述空间附近，用于加热所述空间中的原料，以及

-测量装置，用于测量所述空间中所含的原料的温度和压力，并用于计算原料的停留时间，以及控制加热装置以达到卫生化要求的温度。

本发明还涉及一种用于在卫生化单元中将进料至沼气反应器的原料卫生化方法。

在沼气生产中，可以使用几种不同的原料，可以包括家庭生物废弃物、农业废弃物或其他等效材料。根据有关动物副产物的欧洲议会条例(EC)第1774/2002号，用于沼气生产的所有动物副产物必须在将它们转移到消化容器之前，通过在70℃热处理副产物至少一小时而卫生化。除了基于植物的农业废弃物外，几乎所有适用于沼气生产的背景的副产物都必须经过此过程。

公开WO2004/076082A1中提出的处理有机废弃物的方法已知为现有技术，其中在批处理的卫生化单元中对可供应的基于动物的原料进行卫生化。然而，由于与向用作卫生化单元的批处理容器供应和从其移出有关的挑战，这种批处理的卫生化单元相对较不适合于处理高固体含量的原料。

本发明的目的是提供一种比现有技术的卫生化单元更好的连续运行的卫生化单元。本发明的特征在所附权利要求1中提出。本发明的目的是提供一种比现有技术的方法更好的在连续运行过程中卫生化原料的方法。本发明的特征在所附权利要求13中提出。

该目的可以通过连续运行的卫生化单元来实现，该卫生化单元用于对包含有机材料并进料至沼气反应器的原料进行卫生化或压力灭菌，所述卫生化单元是连续运行的并且包括用于可供应的高固体含量的原料的分隔空间，该分隔空间是耐压的曲折连续管道。此外，卫生化单元包括：设置在所述空间附近、用于将可供应的原料进料到所述空间的进料装置，该进料装置包括用于进料原料的活塞泵；设置在所述空间附近、管道外部、用于通过管道传递的热的作用加热管道内的原料的加热装置；以及用于测量空间中所含原料的温度和压力的测量装置。另外，卫生化单元包括控制装置，该控制装置设置为控制所述进料装置和加热装置，以基于由测量装置完成的测量来将原料的停留时间和卫生化温度调节为就用于卫生化原料的卫生化或压力灭菌的持续时间而言是足够的。

在根据本发明的卫生化单元中，可以使用同一进料装置供应并排出高固体含量的原料(干固体含量为20％至40％)，因为进料到管道的原料作为塞子流将其前方的原料向前推动，同时从管道的另一端移出卫生化的原料。同时，基于测量装置的测量，通过控制进料装置的进料功率，易于实现卫生化所需的停留时间。另外，通过利用管道作为分隔空间，可以通过在管道中的至少两个不同位置进行温度测量来容易地验证原料的温度。已进料的原料在进料压力下通过卫生化空间。可以以进料速度调节待卫生化的进料的加热和卫生化时间。换句话说，在根据本发明的卫生化单元中，可以在没有化学反应的情况下进行卫生化。

使用活塞泵向卫生化单元中的空间供应固体含量特别高的原料，这些原料使用如进料螺杆将会很难供给。如果需要对所供应的原料进行灭菌，则活塞泵还可以对待卫生化的原料加压。活塞泵可以通过带有进料螺杆的漏斗例如从进料罐到活塞泵进料。

有利地，进料装置包括闸阀，该闸阀设置在活塞泵与空间之间以用于防止原料回流。这样，由于空间中存在的压力，可以防止已经被泵送的原料朝着活塞泵回流。

有利地，控制装置被设置成将分隔空间中的原料的温度保持在60℃至160℃，并且将压力保持在0.5巴至10巴，优选地保持在70℃、1巴压力、或保持在133℃、3巴压力。因此，就卫生化或压力灭菌而言，温度足够高，但是另一方面，不会因过度加热而浪费能量。

有利地，卫生化单元包括第二闸阀，该第二闸阀设置分隔空间在原料的移动方向上的端部，用于关闭分隔空间以增加压力。因此，活塞泵可以将原料推到分隔空间抵靠第二闸阀，从而增加了分隔空间中存在的压力。

有利地，该管道包括用于减小管道的空间需求的弯曲部分和直线部分，在它们附近设置有加热装置。因此，尽管管道本身的长度高达100m，但是可以保持卫生化单元的尺寸适中并且可以将卫生化单元设置在相当小的空间中。此外，将加热装置设置在直线部分附近比设置在弯曲部分附近更容易。

根据一个实施方案，卫生化管道可以配备有预加热部分和卫生化后冷却部分，它们将被集成在卫生化系统中。预加热部分和冷却部分的加热回路通过它们自己的流体循环而彼此连接。这样可以节省加热所需的能量，并可以更好地控制反应器温度。这在中温温度范围(35℃至40℃)下运行沼气反应器时尤其有用。

测量装置可以包括至少第一温度传感器和第二温度传感器，第一温度传感器用于确保包括在管道的端部之间的足够的原料温度，第二温度传感器用于验证从管道排出的原料的温度。以这种方式，提供至少两个测量点，其中就卫生化而言，待卫生化的原料的温度足够高。当已知管道中原料的前进速度时，可以推断出停留时间，并可以确保成功的卫生化。

有利地，活塞泵设置为进料至少15％至35％、优选25％至30％的固体含量的原料。这是原料的正常固体含量，或者是通过例如压榨机从其排出易排出的流体之后的原料的固体含量。

管道的直径可以为200mm至400mm的范围，优选250mm至300mm，长度可以为20m至100m的范围，优选75m至85m。因此，可以使用适中的长度以在用于沼气反应器的管道中提供足够高的容量。

根据一个实施方案，该管道包括用于从原料中去除液体的至少一个排出连接件和用于在该排出连接件中产生真空以从原料中除去蒸气形式的液体和其中含有的氮的真空装置。通过脱氮，可以避免由氮引起的沼气反应器中含有的微生物的中毒。同时，可以调节供应给沼气反应器的原料中的碳和氧的比率，这对于沼气的生产是重要的。此外，排出的氮和液体所占据的体积为原料提供了空间，使得能够将更多的原料进料到沼气反应器中以提高沼气反应器的容量。除去的氮是可以用作肥料的浓缩物。

根据一个实施方案，卫生化单元包括进料连接件，其用于将碱进料到管道中，以便通过增加原料的pH来增强氮的分离。使用碱，可以在较高的pH下将氮从原料中更有效地分离到液体中。

卫生化单元可以包括真空装置，该真空装置设置成在排出连接件中产生0.5巴至1.0巴、优选0.7巴至0.8巴的真空。因此，可以使液体在卫生化中施加的温度下汽化，而无需额外的温度升高。

根据一个实施方案，管道还可以包括压力连接件，通过该压力连接件能够在管道中产生超压。反过来，如果温度升高到133℃并且压力升高到3巴的超压，则可以对原料进行灭菌。通过灭菌，能够杀死原料中在卫生化条件下尚未被杀死的病原体。为了增加压力，还能够通过关闭卫生化单元的排出阀并增加抵靠其的压力来利用进料泵压力。一旦达到所需的停留时间，排出阀将打开。

已经预先供应到分隔空间中的高固体含量的原料阻止了新原料的供应，并且在活塞泵的推动过程中被部分压缩。在活塞泵的回程期间，闸阀防止原料随着原料回到其未压缩体积而返回。

有利地，卫生化单元还包括用于对活塞泵和闸阀相对于彼此的动作进行定时的控制逻辑。这样，闸阀可以用于在活塞的回程期间关闭管道。当活塞泵的活塞开始新的向前推动时，闸阀打开，并且新的原料可以被推入分隔空间即管道中。

有利地，用作加热装置的热交换器是管式热交换器，其使用热油作为传热介质。

有利地，加热装置包括在管道长度上均匀地定位的几个热交换器。以这种方式，在整个卫生化单元中的传热是有效的，并且可以确保在整个管道长度上就卫生化而言是恰当的温度。

加热装置可以覆盖管道总长度的50％至80％。因此，可以在整个管道长度上充分有效地进行传热，并且待卫生化的原料在整个管道长度上保持足够高的温度。

卫生化单元仅包括一个活塞泵。因此，该活塞泵在整个管道长度上将待卫生化的材料推过管道。

有利地，活塞泵的容量在2,000l/min至20,000l/min的范围内。这提供了足够的生产容量。

根据本发明的方法的目的可以通过在卫生化单元中对进料到沼气反应器中的原料连续运行卫生化的方法来实现，其中使用活塞泵通过进料装置将原料进料到分隔空间，通过使用加热装置将热量经由管道传递到原料中从管道外部加热该空间中的原料以提高原料温度，以及使用测量装置来测量空间中存在的原料的温度和压力，并且计算原料的停留时间，以控制加热装置从而达到卫生化要求的温度。另外，在该方法中，通过控制装置来控制进料装置，该控制装置基于测量装置的测量来将原料的停留时间调节为就用于卫生化原料的卫生化或灭菌的持续时间而言是足够的，并且原料是从卫生化单元的分隔空间中连续排出的。

在这种方法中，进料装置的进料功率能够调节原料在管道内的停留时间，从而确保成功的卫生化。使用活塞泵时，可以进料高固体含量的原料；因此，较少的液体进入该空间。

在该方法中，用设置在活塞泵和空间之间的闸阀来有利地防止原料的回流。以这种方式，能够防止原料由于可能存在于分隔空间中的压力的作用而返回。这提高了卫生化效率。

有利地，进料固体含量为15％至35％、优选为25％至30％的原料。因此，在卫生化单元中加热含量尽可能少的液体，并且在卫生化单元中最大化用于沼气生产的固体含量。

在该方法中，有利地将碱进料到原料中以提高原料的pH，从而将氮从原料中分离到液体中，并且使用真空从管道中吸出作为液体或蒸气的含氮液体。以这种方式，能够从原料中分离出足够量的氮，以调节原料的碳/氮比率。例如，除去的氮可以作为肥料出售。

有利的是，脱氮时使用的真空度为0.5巴至10巴，优选为0.7巴至0.8巴，以使得能够经由排出连接件来去除管道中所含的蒸气形式的液体以及从管道中去除分离到液体中的氮。以蒸气形式除去液体是从原料中除去液体的最有效方法。

根据一个实施方案，从作为液体除去的进料中完全地或者以乳状液除去油。

在该方法中，能够将酶进料到原料中以分解原料中包含的木质素或用于改变进料的性质。因此，该方法的卫生化所需要的热量也可以用于酶预处理，通过该酶预处理可以处理例如含木质素的原料以生产更适合于沼气生产的原料。该酶通过分解木质素而抵消了木质素保护秸秆(例如对抗微生物)的作用，因此使得秸秆也能够用于沼气生产。

所提供的酶有利地是漆酶。漆酶的作用是用于分解木质素，这是众所周知的现有技术。

在该方法中，可以用活塞泵进料固体含量为15％至35％、优选为25％至30％的原料。因此，与具有高的水含量的原料相比，待输送的水量保持为显著较小。

在该方法中，有利地利用逻辑单元来控制活塞泵和闸阀的运行，该逻辑单元用于对活塞泵和闸阀的相对于彼此的运行进行定时。以此方式，可以通过以下方式对闸阀的运行进行定时：闸阀在活塞泵的活塞的回程时关闭管道，并在活塞的前进冲程时打开管道。

有利地，用第二闸阀在原料移动的方向上将分隔空间关闭，一直到到达分隔空间的端部，以增加压力。因此，活塞泵可以用于通过将原料进料到分隔空间中抵靠第二闸阀来增加压力。

在该方法中，可以将原料加热到60℃至160℃的温度，并将压力升高到0.5巴至10巴，优选地至70℃的温度以及至1巴的压力，或至133℃的温度和3巴的压力。

在连续运行的沼气反应器的背景下使用根据本发明的卫生化单元和方法。

下面通过参考示出本发明的一些实施方案的附图来详细描述本发明，其中：

图1是卫生化单元的一个实施方案的工艺图的简化图，

图2是当生物质用作原料时根据本发明的卫生化单元的实施方案的局部PI图，

图3是当浆料用作原料时根据本发明的卫生化单元的实施方案的局部PI图，

图4a是在根据本发明的卫生化单元的实施方案中使用的活塞泵和闸阀的截面侧视图，

图4b是在根据本发明的卫生化单元的实施方案中使用的活塞泵和闸阀的前视图，

下面主要根据卫生化来描述根据本发明的卫生化单元和方法；然而，对于本领域技术人员显而易见的是，在压力灭菌的情况下也会实现相应的步骤。

根据图1，根据本发明的卫生化单元10用于通过卫生化来消除沼气反应器100之前的原料中包含的病原体。在这种情况下，卫生化是指按照本申请中上述EC条例进行的卫生化，或压力灭菌，其中进料到卫生化单元10的原料在卫生化的情况下，温度升高到至少70℃，保持至少一个小时，在压力灭菌的情况下，温度升高到至少133℃，且在3巴的压力下，保持至少20分钟。在图1的实施方案中，卫生化单元10将卫生化的原料供应到三个不同的沼气反应器100。几个卫生化单元可以并联放置，在不同应用中也可以串联放置。

在该实施方案中，形成用于原料的空间12的连续管道20包括直线部分26和弯曲部分24。弯曲部分24有利地是180°的曲线，在这种情况下，原料的流动方向在卫生化单元10中来回交替。这使得能够在相对小的空间中布置特别长的管道20。例如，管道的直径可以为200mm至400mm的范围，优选为250mm至300mm的范围，长度为60m至100m的范围，优选为75m至85m的范围。例如，弯曲部分的曲率半径可以为0.6m至4m的范围，这可以通过弯曲管道或使用预制曲线来实现。在本文中，当提到连续管道时，是指直线部分和弯曲部分形成的连续通道，该连续通道用作卫生化空间。然而，有利的是通过焊接来连接弯曲部分和直线部分以形成完整的整体来提供连续管道。弯曲部分和直线部分的数量取决于待卫生化的原料，因为具有不同成分的原料会以不同量的能量加热。因此，与例如根据图2的生物废弃物相比，根据图3的较短的卫生化单元10可以用于包含更多水的浆料。这是因为浆料中的水比生物废弃物中的干物质加热得更快。尽管在图1至图3中卫生化单元10包括单个管道20，但是对于本领域技术人员显而易见的是，卫生化单元的容量可以通过并联放置几根管道来增加以达到所需的容量。

根据图1，卫生化单元10包括加热装置16，其在该实施方案中由流体循环加热器构成。有利地，在每条管道的直线部分26的附近设置加热的流体在其中循环的热交换器38，围绕管道20的直线部分形成。最简单的，热交换器可以是容器壳，传热流体在该容器壳内循环。传热流体可以是水，但也可以是传热油或等效物。如果卫生化单元和沼气反应器位于用于燃烧无机废弃物的燃烧锅炉附近，则可以在诸如燃烧锅炉的热源中加热传热流体。有利地，传热流体的温度为60℃至200℃的范围。根据图1，取决于传热流体的入口温度，传热流体可以循环，例如通过两个热交换器循环。例如，在图1的实施方案中，传热流体的入口温度可以是300℃，并且因此可以用于压力灭菌。

卫生化单元10包括进料装置14，利用该进料装置将原料从管道20的一端30推入管道20。进料装置14包括活塞泵22，通过该活塞泵22可以供应高固体含量的原料。例如，可以使用进料漏斗或螺旋输送机将原料进料到活塞泵。由活塞泵提供的输出也足够高，以便每次推动都将积聚在管道中的整个原料塞子向前推动。有利地，活塞泵相对较慢地工作，从而使其低动能可以产生很大的力，通过该力可以容易地获得高达30巴的压力。例如，活塞泵的汽缸直径可以为300mm至400mm的范围。此外，进料装置有利地包括闸阀23，该闸阀23用于防止由于可能存在于分隔空间中的压力而使原料在原料的移动方向上返回。在根据本发明的卫生化单元中，原料的供应和排出均由一台进料装置14执行，因为随着从后方来的新原料塞子通过进料装置的移动而被向前推动，卫生化的原料自动从管道中排出。

所应用的活塞泵22可以是例如图4a和4b所示的活塞泵22，其具有有利地集成在其附近的闸阀23。附图中的附图标记21表示入口。活塞泵和闸阀的组合可以是由例如德国SIDDeutschland GmbH制造的SID Kolbenpumpe TYP STPP(单管活塞泵)。另外，卫生化单元10还可以包括图1所示的第二闸阀25，该第二闸阀25位于排出连接件34之前的分隔空间12的端部。第二闸阀25可以以与闸阀23相同的方式由控制装置40控制。当希望通过用活塞泵22将原料泵送到分隔空间12中从而在分隔空间12中产生超压时，有利地关闭第二闸阀25，由此增加分隔空间12中的压力。

控制装置40设置成以以下方式交替地控制活塞泵22和闸阀23：在活塞泵22的向前推动期间，闸阀23始终保持在其打开位置，直到活塞泵22的活塞通过闸阀23返回到其初始位置。然后，闸阀23关闭，被推过闸阀23的原料不能在朝向活塞泵22的移动方向上向后移动。在将原料再次进料到活塞泵22的活塞的前面之后，闸阀23可以刚好在活塞泵22的向前推动之前打开。如果需要增加分隔空间12中的压力用于灭菌，则可以在开始使用活塞泵22之前关闭第二闸阀25。

为了控制进料装置14和加热装置16，卫生化单元10还包括控制装置40以及测量装置18，该测量装置18用于测量管道内原料的温度。有利地，测量装置至少包括第一温度传感器28和第二温度传感器32，其中第一温度传感器28在假定原料温度为卫生化所需的70℃或灭菌所需的133℃的点处测量原料温度。继而，第二温度传感器32测量管道中的原料出口附近的原料温度。基于这些测量，控制装置40以实现用于原料的足够的停留时间和温度的方式控制进料装置14和加热装置的运行。

图2示出了卫生化单元10，其意在对用作原料的生物质进行卫生化。在该实施方案中，在三个区域中加热生物质，其中在第一区域A中将原料的温度加热至大约70℃。在第一区域中，取决于原料的初始温度，温度升高范围大约为45℃至70℃，相同的传热流体流以以下方式在两个热交换器中循环：将热的传热流体供应到流动方向后方的热交换器38，并且根据逆流原理从那里循环到在前的热交换器38。因此，最热的传热流体总是用于加热较热的原料，从而在传热流体和待加热的原料之间保持足够大的温度差，以实现有效的传热。例如，在热交换器的入口处的传热流体的温度可以是110℃。

在第一区域A之后，有利地用第三温度传感器42测量原料的温度。就本发明的实施而言，第三温度传感器42不是强制性的。在第二区域B中，将温度调节至75℃。在第二区域B中，传热流体流首先被供应到后方的热交换器38，然后从那里循环到在前的热交换器。确保原料的温度升高到足够高的值的第一温度传感器28位于第二区域B的端部。有利地，优选将温度保持比卫生化所需的70℃略高的值，以确保温度始终超过70℃。

在第三区域C中，将原料在75℃的温度下保持所需的卫生化时间，即至少60分钟。由于在第三区域C中没有发生温度升高，因此传热流体可以在四个连续的热交换器38中循环。可以使用第四温度传感器44在第三区域B的中间监控温度。当从第三区域C排出原料时，用第二温度传感器32测量温度。该测量确保了在足够高的温度下进行卫生化。此外，测量装置18还可以包括第五温度传感器46，其用于测量在卫生化之前到达第一区域A的原料的温度。

有利地，测量装置包括第六温度传感器48，其用于测量加热装置的传热流体的温度，并且继而，加热装置16包括用于控制传热流体的流动的控制阀50。测量从区域A、B、C排出的传热流体的温度，如果必须升高或降低有关区域的温度，则可以使用控制装置40根据控制曲线打开或关闭该区域的控制阀50。如果卫生化单元用于进行压力灭菌，则还应连接压力传感器以确保达到足够的3巴压力。

卫生化单元的控制装置40可以由基于计算机的逻辑系统构成，该逻辑系统通过例如现场总线连接至加热装置16的控制阀50、进料装置14和测量装置18。对逻辑系统进行编程，以存储和监控沿现场总线传输的数据，并基于此信息自动或通过用户干预来控制卫生化单元。

下面描述关于图2的实施方案的控制的原理。在根据图2的实施方案中，第三温度传感器42用于监控在第一区域A期间产生的原料温度的增加。如果温度增加太小，则控制阀50打开50并且更多的传热流体被供应到第一区域A，以便在区域A的端部使原料温度更高且更接近目标温度70℃。另一方面，如果用第三温度传感器42测量的温度为85℃时，控制阀50则被节流，使得较少的传热流体被输送到第一区域A的热交换器38。同时，基于第三温度传感器42的测量，第二区域B的控制阀也被调节以达到足够高但不会过高而导致热能将被不当使用的温度。

在第二区域B的端部，第一温度传感器28用于测量原料温度，并确保原料温度一定超过卫生化所需的70℃。但是，如果不是这种情况，则控制装置40停止进料装置14，并且通过打开控制阀50来使第二区域B的温度升高。一旦温度达到至少75℃，就再次启动进料装置14，并且原料在管道20中再次前进。进料装置14的供应速度由控制装置40以使得原料在第三区域C中的停留时间为至少60分钟的这样的方式进行控制。如果第二温度传感器测得的温度低于卫生化所需的温度，则再次停止进料装置14，并且打开第三区域C的控制阀50以将温度升高到足够水平。然后必须使原料停留约一个小时，以确保在第三区域对原料进行适当的卫生化。

图3示出了卫生化单元10，其用于对用作原料的浆料进行卫生化。在该实施方案中，原料在两个区域中加热。与图2的实施方案相称，这些区域可以根据它们的功能被类似地命名为第一区域A和第三区域C。在第一区域A中，将原料加热到期望的温度。在第一区域A之后，用第一温度传感器28测量原料温度。在第三区域C中，原料的温度在75℃保持期望的卫生化时间。当从卫生化过程中排出原料时，用第二温度传感器32测量温度。第四温度传感器44可以用于监控第三区域C的中间的原料的温度。第五温度传感器46可以用于测量在卫生化之前进入的原料的温度。根据图2的实施方案，第六温度传感器48可以相应地用于测量传热流体的温度。在这种情况下，原料可以是例如农业废弃物，例如家禽粪便或奶牛粪便或其他等效材料。

根据图2，根据一个实施方案，卫生化单元10还可以包括用于调节原料中氮和碳的比率的调节装置。调节装置可以包括：设置在管道20中的至少一个排出连接件34，用于从原料中排出液体；以及真空装置36，其用于在排出连接件34中产生真空，从而以蒸气或液体形式从原料中排出液体和其中包含的氮。此外，调节装置还有利地包括设置在管道20中在排出连接件34之前在原料的移动方向上的供应连接件52，用于将碱供应到管道20中以增强氮的分离。利用调节装置，可以调节原料中氮和碳的比率，以适合沼气反应器。原料中不能含有过多的氮，因为过量的氮会使沼气反应器中厌氧消化过程中使用的微生物中毒；但是，另一方面，在沼气反应器中需要氮才能达到合适的碳/氮比率。碳/氮比率对于沼气反应器中的沼气生产非常重要，合适的比率可以使产量2到4倍增加。

有利地，以如下方式使用调节装置：将碱如氢氧化钠从供应连接件52添加到原料中，其量为原料重量的0.01％至0.10％，优选地为0.04％至0.08％，使得氮能够随着原料温度的升高更好地溶解在与原料分离的液体中。当原料前进到排出连接件34时，在管道20的这个位置处通过排出连接件34通过抽0.5巴至1.0巴、优选0.7巴至0.8巴的真空来分离出液体和其中包含的氮，真空使液体在卫生化所需的70℃下汽化。例如，可以利用真空装置即压缩机来产生真空。与以液体形式相比，以蒸气形式可以使液体以更容易的方式更有效地从原料中除去，其中，原料中的固体物质将阻碍液体的除去。例如，可以回收汽化的含氮液体并作为氮浓缩物出售，其可以用于制造有机肥料。

根据一个实施方案，第二供应连接件也可以包括在管道20的附近，用于将酶供应到原料中。这使得能够使用含木质素的原料如秸秆等作为沼气生产的原料。传统上，含木质素的原料或生物质不太适合作为沼气生产的原料，因为含木质素的生物质通过厌氧消化会导致沼气产量低。第二供应连接件有利地位于第一区域的端部，在该区域，温度至少达到卫生化所需的值。酶需要足够的温度才能有效发挥作用。就酶促作用而言，卫生化所需的温度是合适的。卫生化单元中使用的进料装置也足够强大以为管道供应生物质，生物质由于木质素而具有很高的刚性和粘性。例如，漆酶可以用于将原料中包含的木质素分解成产生沼气的部分，其方式如下：

在这种情况下，“几种产物”可以表示，例如，通过厌氧消化产生的沼气及其衍生物。

通过第二个供应连接件将酶供应到管道中的原料中可以称为“酶处理”。为了进行酶处理，管道20有利地还包括第二排出连接件54，通过该第二排出连接件54将酶与液体一起排出并循环回到第二供应连接件。有利地，第二排出连接件54位于管道20中在第一排出连接件34之前。

根据替代实施方案，加热装置还可以包括设置在管道周围用于从外部加热管道的电阻。此外，如果管道的制造材料至少在其外表面上是黑铁，则可以替代地使用感应加热来加热管道。

根据一个实施方案，卫生化单元可以用于加热进料，以便从中回收有价值的脂肪酸，其可以用作例如生物柴油的原料。

Claims (19)

1.一种卫生化单元，其用于将包含有机材料并进料至沼气反应器的原料卫生化或压力灭菌，所述卫生化单元(10)连续运行，并且所述卫生化单元(10)包括：

-分隔空间(12)，用于高固体含量的原料，所述分隔空间(12)是耐压的曲折连续管道(20)，

-进料装置(14)，设置在所述空间(12)附近，用于向所述空间(12)进料可供应的原料，

-加热装置(16)，设置在所述空间(12)附近，用于加热所述空间(12)中的原料，

-测量装置(18)，用于测量所述空间(12)中存在的所述原料的温度和压力，

-控制装置(40)，设置为控制所述进料装置(14)和加热装置(16)，以基于测量装置(18)的测量来将原料的停留时间和卫生化温度调节为就用于卫生化原料的卫生化或压力灭菌的持续时间而言是合适的，其特征在于，所述进料装置(14)包括用于进料原料的活塞泵(22)，并且加热装置(16)设置在所述管道(20)的外部，用于通过经由管道传递的热的作用加热所述管道(20)内部的原料。

2.根据权利要求1所述的卫生化单元，其特征在于，所述进料装置(14)包括闸阀(23)，所述闸阀(23)设置在所述活塞泵(22)与所述空间(12)之间，用于防止原料回流。

3.根据权利要求1或2所述的卫生化单元，其特征在于，所述控制装置(40)被设置成将所述分隔空间(12)中的原料的温度保持在60℃至160℃，并且将压力保持在0.5巴至10巴，优选地保持70℃、1巴压力、或133℃、3巴压力。

4.根据权利要求2或3所述的卫生化单元，其特征在于，所述卫生化单元(10)包括第二闸阀(25)，所述第二闸阀(25)设置所述分隔空间(12)在原料的移动方向上的端部，用于关闭所述分隔空间(12)以增加压力。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的卫生化单元，其特征在于，所述测量装置(18)包括至少第一温度传感器(28)和第二温度传感器(32)，所述第一温度传感器(28)用于确保包括在所述管道(20)的端部(30)之间的足够的原料温度，所述第二温度传感器(32)用于验证从所述管道(20)排出的原料的温度。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的卫生化单元，其特征在于，所述活塞泵(22)设置为供应固体含量为15％至35％、优选25％至30％的原料。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的卫生化单元，其特征在于，所述卫生化单元还包括用于对所述活塞泵(22)和所述闸阀(23)的相对彼此的运行进行定时的控制逻辑。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的卫生化单元，其特征在于，所述管道(20)的直径为200mm至400mm的范围，优选地为250mm至300mm的范围，并且长度为20m至100m，优选地为75m至85m。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的卫生化单元，其特征在于，所述管道(20)包括用于从原料中去除液体的至少一个排出连接件(34)和用于在所述排出连接件(34)中产生真空以从原料中除去蒸气形式的液体和其中含有的氮的真空装置(36)。

10.根据权利要求9所述的卫生化单元，其特征在于，所述真空为0.5巴至1.0巴、优选0.7巴至0.8巴的范围。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的卫生化单元，其特征在于，所述加热装置(16)包括均匀设置在所述管道(20)长度上的几个热交换器(38)。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的卫生化单元，其特征在于，所述加热装置(16)覆盖所述管道(20)的总长度的50％至80％。

13.一种用于在卫生化单元(10)中对进料到沼气反应器的原料进行卫生化或压力灭菌的方法，其中

-使用连续运行的进料装置(14)将原料进料到分隔空间(12)中，

-用加热装置(16)加热所述分隔空间(12)中的原料，用于提高原料温度，

-用测量装置(18)测量所述空间(12)中存在的原料的温度和压力，

-用控制装置(40)控制进料装置(14)，以基于所述测量装置(18)的测量来将原料的停留时间调节为就用于卫生化原料的卫生化或灭菌的持续时间而言是足够的，

-从连续运行的所述卫生化单元(10)的所述分隔空间(12)中排出原料，其特征在于，

-通过使用活塞泵(22)将原料供应到所述分隔空间(12)，

-通过将热通过所述管道传递给原料，从所述管道(20)的外部加热原料。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，通过设置在所述活塞泵(22)和所述分隔空间(12)之间的闸阀(23)来防止原料的回流。

15.根据权利要求13或14所述的方法，其特征在于，将碱进料到所述原料中，以增加所述原料的pH，从而将所述原料中的氮分离至水中，并且通过使用真空从所述管道(20)中抽出含氮水。

16.根据权利要求12至15中的任一项所述的方法，其特征在于，利用第二闸阀(25)在所述分隔空间(12)的端部中在所述原料的移动方向上关闭所述分隔空间(12)，以增加压力。

17.根据权利要求13至16中任一项所述的方法，其特征在于，用所述活塞泵(22)进料固体含量为15％至35％、优选25％至30％的原料。

18.根据权利要求14至17中任一项所述的方法，其特征在于，用逻辑单元控制所述活塞泵(22)和所述闸阀(23)的运行，所述逻辑单元用于对所述活塞泵(22)和所述闸阀(23)的相对于彼此的运行进行定时。

19.根据权利要求13至18中任一项所述的方法，其特征在于，可以将原料加热到60℃至160℃的温度，并将压力升高到0.5巴至10巴，优选至70℃的温度以及至1巴的压力，或至133℃的温度和3巴的压力。

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