用于提取生物氣的方法和相應設備的制作方法

專利名稱：：用于提取生物氣的方法和相應設備的制作方法
技術領域：
：本發明涉及生物氣提取的領域。更具體地，根據第一方面，本發明涉及用于控制從配備有至少一個提取組件(31A、31B)的殼體(50)提取生物氣的方法，各提取組件通過相應控制閥(IOA、10B)連接到相應管路(70A、70B)并且包括至少一個單提取裝置(311A、312A、313A、31B)，該方法包括以下步驟_在各管路(70A、70B)處提供相應的預定管路壓力(Pr)，以及一在給定位置打開所述控制閥(IOA、IOB)。
背景技術：
：生物氣提取取決于殼體的內部參數(垃圾類型、細菌、空氣/氧氣量、垃圾齡期)和外部參數。殼體內生產區域的分布是不同的。本領域技術人員己知現有技術文獻美國專利US6169962。逐井控制生物氣提取。提出的系統包括在各井口的基于傳感器的測量裝置，用于測量提取的氣體的流量、真空度、溫度和02/CH4/C02含量。向遠程計算機發送測量數據，遠程計算機則參考模型控制各井的氣壓控制閥的打開/關閉，氣壓控制閥使得能夠調整逐井提取的氣體的流量。然而，這樣的系統不允許考慮網絡中斷，也不考慮大氣擾動導致的提取中斷。本領域技術人員也知道現有技術文獻歐洲專利EP1291093。該專利提出的生物氣提取方法基于大氣壓與垃圾中的氣體壓力之間的相對壓力、氣體提取基于取決于氣象預報的設定點，從而當氣象預報預測大氣壓降低時預先降低設定點。然而，由于這種方案與氣象預報有關，因此這種方案不能進行最優的提取，其本身在值、時間和空間上具有或多或少的高不確定性。
發明內容本發明的目的是通過提出用于最優地吸取生物氣，即，吸取的流量等于垃圾產生的流量的方案，來消除這些缺陷。為此，根據本發明的還進一步符合上述前序的設備實質上特征在于其還包括以下步驟-一測量殼體外部的氣象參數值，一基于所測量的氣象參數值計算差分壓力的全局設定點(dPd)，一至少在一個提取組件處測量相對壓力(dPi)，—將所測量的相對壓力與所述設定點值(dPci)進行比較，以及—基于比較結果改變所述控制閥(IOA、10B)的位置。在一個實施方式中，該方法還包括以下步驟-通過將所測量的氣象參數值與參考模型進行比較來提供第一局部設定點(dPcil)，一計算作為所述第一局部設定點(dPcil)的函數的所述全局設定點(dPci)。由于該特征，可以預見吸取生物氣量的與天氣條件相關的效果。優選的，外部測量的氣象參數包含在包括大氣壓、外部溫度和降雨速度的集合內。在一個實施方式中，該方法還包括以下步驟一至少在一個提取組件處測量集合(02/CH4/C02的含量、溫度、壓力)中所包含的物理化學內部調節參數的值，一將所測量的值與參考值進行比較，以及一基于比較結果提供第二局部設定點(dPci2)，一計算作為所述第二局部設定點(dPci2)的函數的所述全局設定點(dPci)。優選地，通過預備學習步驟建立所述參考模型，其中根據所測量的外部和/或內部參數的值測量垃圾堆內的壓力的演變。由于本發明，可以預見生物氣提取網絡的與工作條件有關的變化。在提取系統中獲得的相對壓力取決于生物氣吸入系統在管路中施加的相對壓力值。在任何情況下，壓力(dPi、Pr、Pi)都是相對于大氣壓的差分壓力值。為此，不加區分地使用相對壓力和差分壓力的概念。根據另一方面，本發明還涉及一種用于控制生物氣提取的設備，該設備能夠實現根據本發明的方法。該設備包括一殼體(50)，其配備有至少一個提取組件(31A、31B),各提取組件通過相應的控制閥(IOA、10B)連接到相應管路(70A、70B),并且包括至少一個單提取裝置(311A、312A、313A、31B)，—用于向相應管路(70A、70B)提供管路壓力(Pr)的裝置，以及一用于在給定位置打開所述控制閥(IOA、10B)的裝置。該設備實質上特征在于其還包括—用于測量所述殼體外部的氣象參數值的裝置，一用于基于所測量的氣象參數值計算差分壓力的全局設定點(dPci)的裝置，一用于在至少一個提取組件處測量差分壓力(dPi)的裝置，一用于將所測量的相對壓力與所述設定點值(dPci)進行比較的裝置，以及一用于根據比較結果改變所述控制閥(IOA、10B)的位置的裝置。在一個實施方式中，該設備還包括一用于通過將所測量的氣象參數值與參考模型進行比較來提供第一局部設定點(dPcil)，并計算作為所述第一局部設定點(dPcil)的函數的所述全局設定點(dPci)的裝置。優選地，根據本發明的設備還包括學習裝置，其被配置為基于外部測量的氣象參數值測量內部壓力(Pi)的演變，所述參考模型由所述學習裝置建立。7在一個實施方式中，該設備還包括一用于在至少一個提取組件處測量集合(02/CH4/C02含量)中所包含的內部物理化學參數的值的裝置，一用于將所測量的值與參考值進行比較的裝置，以及一用于根據比較結果提供第二局部設定點(dPci2)的裝置，所述全局設定點(dPci)是所述第二局部設定點(dPci2)的函數。由于本發明，可以考慮外部(氣象)擾動。然而，這些外部擾動在彌散式排放(diffusedemission)中起重要作用，與現有技術相比可以提取更多百分比的生物氣。同樣，由于本發明，可以補償內部擾動。因此，本發明使得可以抑制由于外部參數以及因多個聯網殼體的處理所造成的內部參數而導致的生物氣產量變化。由于本發明，可以提取確定質量的生物氣，即，具有所確定的給定范圍中的甲烷含量的生物氣。保持恒定的預定質量使得可以確保提取的生物氣最優穩定(valorisation),特別是由于穩定系統不接受甲烷含量的顯著變化的情況。實際上，本發明使得能夠減少與大氣活動有關的生物氣質量變化。實際上，在僅僅測量并控制井的甲烷含量時，只在幾小時之后評估所導致的低壓擾動。由于本發明，可以在各井處調節低壓，從而可以基于甲烷的質量和大氣變化隨時間進行調節，即，通過(dPci)模型施加的低壓變化使得能夠管理與大氣壓變化相關的不平衡，減少生物氣的質量變化。在閱讀了通過非限制性示例提供并參考附圖實現的以下描述后，本發明其他特征和優點變得清楚，圖中圖l表示根據本發明的設備的一個實施方式；以及圖2概括表示根據本發明的方法的一個實施方式。具體實施例方式參考圖1,根據本發明的設備包括殼體50，其配備有第一單提取裝置的第一組件31A,在此，井311A、312A、313A通過控制閥10A連接到管路70A。而且，該設備可以包括至少一個第二單提取裝置的第二組件31B，在此，第二井311B通過控制閥10B連接到管路70B。如以下進一步解釋的，各組件可以包括多個單提取裝置，該設備可以包括多個聯網方式安裝的組件。各單提取裝置(在下文中稱為井)包括吸入壓頭41A、42A、43A、41B，用于收集殼體50內的生物氣，并且各組件分別包括井口20A和20B。分別在井口20A、20B與相應主管路70A、70B之間安裝了控制閥IOA、IOB。管路70A、70B通過適當的管網連接到主管路70，從而在其他實施方式中，管路70A、70B和70可以是相同的。該設備包括諸如恒定或可變活塞泵的裝置(未示出)，用于向管路70A、70B提供管路壓力Pr，在此，是負壓力，即，低壓dPci。該設備還包括在給定位置分別自動地選擇性地打開控制閥IOA、10B的裝置60、10。優選地，這些裝置包括操作裝置60，在此，為計算機或自動機器。該操作裝置可以直接操作控制閥IOA、IOB。它們包括或者耦接到調節裝置10。優選地，如以下進一步描述的，該調節裝置包括第一調節器和第二調節器，將它們配置為基于各種參數計算并發送導致控制閥IOA、10B的位置改變的壓力設定點。操作裝置60與控制閥IOA、10B之間的通信可以通過任何已知的、有線或無線手段來執行，因此，操作裝置60可以遠程設置。根據本發明的設備還包括氣象裝置90,其用于測量殼體外部的至少一個氣象參數值，在此，將用于大氣壓的壓力傳感器、用于溫度的溫度計，以及用于降雨量的雨量計設置在表面上，優選地靠近殼體50。這些氣象裝置90與操作裝置60通信。操作裝置60優選地包括預測裝置，在此，為軟件形式的參考模型，用于根據測量的氣象參數值預測在各提取組件處的內部壓力Pi的演變。為此，將測量的氣象參數值與參考模型比較，從而通過第一調節環的調節器R"1提供第一局部壓力設定點dPcil，稱為局部壓力設定點。第一調節環稱為慢調節環，這是由于其考慮由外部條件、日/夜、季節和其他大氣影響導致的變化。第一設定點dPci使得能夠獲得基于操作者設定的氣體質量設定點(即，實質上是生物氣中包含的甲垸含量)而提取的恒定質量的生物氣。甲垸含量為一個內部參數設定點的示例；在另一個實施方式中，它可以是關于低壓dPi、氣體溫度、02或C02含量等。優選地，通過預備學習步驟建立參考模型。例如，學習包括基于測量的氣象參數測量內部壓力pi的演變。該演變可以在操作裝置60中登記為參考模型。該模型可以預先建立，當操作殼體時，可以不斷地更新。在給定時刻，將給定氣象參數的測量值與它在模型中最接近的值進行比較。然后通過預備學習步驟評估相應內部壓力。由于通過學習步驟建立的參考模型，可以基于測量的氣象參數執行預測內部壓力Pi的演變的步驟，并且提供適當的局部設定點dPci。根據對內部壓力Pi的演變進行的該預測，操作裝置60然后發送控制閥IOA、10B的位置改變設定點。因此，外部氣象變化的檢測使得可以預期、預測生物氣生產的變化，從而預測一組井內的內部壓力Pl。將該預測與理想氣體定律PV=nRT關聯起來。如果已知壓力變化(測量的壓力和溫度)，則可以知道(計算出)在殼體中產生的生物氣的體積變化。而且，經驗延遲系數(現場確定)以及環境空隙系數等使得能夠確定控制閥任意一側的壓力變化。作為例示，如果大氣壓恒定并且打開控制閥，并且膜110是半滲透的，則空氣被吸入殼體并稀釋甲烷，這是不希望的情況。通過本發明，雖然大氣壓發生變化，但是從生物氣提取的甲烷含量恒定。有利的是，根據本發明的設備還包括在組件內包含的用于在至少一10個井處測量殼體內部的物理化學參數值(02/CH4/C02含量、生物氣質量、壓力等)中包含的的裝置，在此，是適當的傳感器。組件中包含的參數中的至少一個的測量優選地從一個提取口到另一個順序地并且周期性地執行。將測量的含量與參考值進行比較，例如通過操作裝置60進行，其發送第二壓力設定點dPci2(稱為局部設定點)，使得能夠基于比較結果、作為所述第二局部設定點dPci2的函數的全局設定點dPci，使控制閥IOA、10B改變位置。由第一調節環的調節器R'l提供第二設定點dPci2。有利的是，調節裝置10包括涉及比較值和控制閥的打開/關閉值的反饋環，以便獲得逐漸精確的打開/關閉(位置)，而不是全有或全無型的打開/關閉。在該實施方式中，全局壓力設定點dPci是局部壓力設定點dPcil和dPci2兩者的函數，具體地說，全局設定點dPci是局部設定點的和dPcil+dPci2。因此第一調節級優選地包括兩個調節器。因此，通過在調節器R'l處進行的測量來對調節器R"l處進行的預測進行校正。該校正同時使得能夠在大氣壓增加的情況下限制空氣進入殼體而弓I入氧氣，并且在大氣壓降低的情況下，限制可能的甲烷泄漏，因此計算控制閥位置的設定點，使得總是處于最優狀態。除前述大氣擾動之外，根據本發明的設備還可能受到內部擾動。在工作中，生物氣提取點是包括如上所述的、并且彼此之間通過管網連接到主管路70的多個設備的系統。主管路連接到生物氣處理裝置80(穩定、燃燒等)。如果出于各種原因關閉了其中一個網絡管路，則在主管路施加的(恒定)低壓分散到其他管路上。低壓(進而吸取流量)增加，存在將空氣吸入殼體的前述風險。由于本發明，通過使各閥處保持固定流量，或者更準確地說，通過保持恒定氣體質量而保持最大生物氣流量，來消除該風險。控制閥位置耦接到差分壓力測量，這限定了通過調節裝置IO的第二調節器R2實現的第二調節環。該第二調節環使得能夠對用于即時甲垸生產的設備進行最優配置。稱其為快速，因為它能夠適應生物氣生產的快速變化。為此，根據本發明的設備包括用于在至少一個提取組件處測量差分壓力dPi的裝置。將測量的相對壓力dPi與設定點值dPci進行比較，并且通過調節器Rl，基于比較結果執行控制閥的位置改變。艮P，基于設定點dPci，調節器Rl發送用于對控制閥的打開/關閉進行控制的信號，限定在該閥處施加的低壓值。因此，調節器R1至少以所考慮的閥的任意一側的差分壓力(也可能是局部溫度，這些變量是測量的)作為輸入參數。調節器R1將確定的差分壓力值dPci作為設定點。如果所測量的差分壓力dPi與設定點值不同，則通過調節裝置10改變閥位置，以取得設定點差分壓力。優選地將操作裝置60用作為用于將測量的相對壓力與參考值比較的裝置，和用于基于比較結果通過調節裝置IO提供控制閥的第一位置改變設定點的裝置。優選地，針對各提取口將設定點dPci固定為預定值。而且，優選地基于第一調節環確定該設定點。將差分壓力用作控制變量使得能夠消除與生物氣提取網絡的低壓變化相關的擾動，例如運行事故、網絡子部的隔離、提取器的狀態改變。關于測量的外部氣象參數-在一個實施方式中，由于溫度對生物反應有影響，因此對生物氣產生有影響(隨著溫度降低活性也降低，例如在冬天)，因此外部參數是外部溫度。然而，溫度的影響仍然低于以下參數(降雨速度和壓力)的影響。在一個實施方式中，外部參數是降雨速度。在殼體表面上存在稱為地下水位(watertable)波動區域的區域。這些區域厚度為大約幾米，一般是4到5米。根據其地理位置，取決于降雨速度，這些區域是有氧或絕氧的，結果，由于未保持在嚴格絕氧環境12下，因此不能用于甲烷生成。經常，殼體的這些上層是粘土(肥土或其他)。在下雨的情況下，粘土起到不透水層的作用，因此可以增加吸取流量。例如在暴風雨的情況下，我們可以因此迅速提高(在幾小時內)生物氣質量。通過本發明，由于對生物氣提取的掌控，極大減小了波動區域的厚度，甚至接近零。有利的是，本發明預料到了降雨速度對生物氣提取的影響，因為降雨會導致粘土覆蓋層的阻擋。這會減少空氣的輸入并且使得能夠提高在垃圾堆中提供的低壓以吸取更多生物氣。另外，干旱時期導致覆蓋層中形成裂縫，并且產生排出區域。本發明還通過調節生物氣中的氧氣水平，來限制垃圾堆中的空氣輸入。在一個實施方式中，外部參數是大氣壓。當大氣壓增加時，殼體50中產生的生物氣量減小，而吸取空氣的風險增大(PVH1量)。相反，在大氣壓降低的情況下，殼體50中的生物氣量增加并且生物氣向大氣泄漏的風險增加。而且，如果吸取壓力Pi過高，則稀釋的風險增加(大氣空氣進入殼體)，并且如果壓力Pi過低，則存在垃圾堆內的壓力增加的風險，因此存在生物氣遺失在大氣中并且阻礙生物氣生產反應的風險。本發明使得能夠最優地吸取生物氣，從而防止空氣的進入以及甲垸的散發。作為示例，殼體的表面可以大約為一公頃。對于大約1百萬立方米的殼體容量，在特定停滯階段(傳送時間/設備惰性時間)之后，2mBar/h的大氣壓變化產生大約200mVh的生物氣體積變化。關于氧氣，它抵制甲烷生成。在一個實施方式中，可以在提取口中提供測量裝置，并在第一調節級處提供與氧氣含量相關的設定點，從而所提取的氧氣不超過特定量，因此保持了特定生物氣質量。同樣，在另一個實施方式中，可以在垃圾堆中提供測量裝置，這使得可能在殼體內輸入空氣。測量值可以用于第二調節環中。關于蓋110(圖1)，它是防漏的或者半滲透的，取決于局部需要和調節。有利地是，防漏蓋使得能夠使用更顯著的低壓，因此提取更多生物氣。優選地，管路的低壓Pr等于或高于垃圾堆的內部低壓Pi，使得能夠確保甲烷不被釋放到大氣中。本發明可以根據兩種工作模式具體地實現。在第一工作模式中，目標是穩定生物氣，g卩，在提取的氣體中獲得恒定甲烷含量，并獲得最大流(濃度x流量)。有利的是，生物氣的提取最大限度地限制了周圍地面中甲垸的擴散。在第二工作模式中，對于壽命結束點及包括根據本發明的殼體，可以最大化甲烷提取流(含量*流量)，特別是出于安全原因，并針對溫室氣體，同時保證實現燃燒必須的最小甲烷含量。通過本發明，預期了內部和外部擾動的該套控制系統(調節環)使得能夠隨時間保持生物氣的恒定質量。通過本發明，從生物氣提取的甲垸流可以保持為預定值。權利要求1、一種用于控制從配備有至少一個提取組件(31A、31B)的殼體(50)提取生物氣的方法，各提取組件通過相應控制閥(10A、10B)連接到相應管路(70A、70B)并且包括至少一個單提取裝置(311A、312A、313A、31B)，該方法包括以下步驟-對各管路(70A、70B)提供相應的預定管路壓力(Pr)，以及-在給定位置打開所述控制閥(10A、10B)，其特征在于還包括以下步驟-測量殼體外部的氣象參數值，-基于所測量的氣象參數值計算差分壓力的全局設定點(dPci)，-至少在一個提取組件處測量相對壓力(dPi)，-將所測量的相對壓力與所述設定點值(dPci)進行比較，以及-基于比較結果改變所述控制閥(10A、10B)的位置。2、根據權利要求1所述的方法，該方法還包括以下步驟一通過將所測量的氣象參數值與參考模型進行比較來提供第一局部設定點(dPcil)，一計算作為所述第一局部設定點(dPcil)的函數的所述全局設定點(dPci)。3、根據權利要求2所述的方法，其中所述測量的外部氣象參數包含在包括大氣壓、外部溫度和降雨速度的集合內。4、根據前述權利要求中的任何一項所述的方法，該方法還包括以下步驟一至少在一個提取組件處測量集合(02/CHVC02的含量、壓力、溫度)中所包含的內部調節參數的值，一將所測量的值與參考值進行比較，以及一基于比較結果提供第二局部設定點(dPci2)，一計算作為所述第二局部設定點(dPci2)的函數的所述全局設定點<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>(dPci)。5、根據權利要求2到4中任何一項所述的方法，其中通過預備學習步驟建立所述參考模型，其中基于所測量的外部和/或內部參數的值測量所述殼體的垃圾堆內壓力的演變。6、一種用于控制生物氣提取的設備，該設備能夠實現根據前述權利要求中任何一項所述的方法，該設備包括一殼體(50)，其配備有至少一個提取組件(31A、31B)，各提取組件通過相應控制閥(IOA、10B)連接到相應管路(70A、70B)，并且包括至少一個單提取裝置(311A、312A、313A、31B)，_用于向所述相應管路(70A、70B)提供管路壓力(Pr)的裝置，以及一用于在給定位置打開所述控制閥(IOA、10B)的裝置，其特征在于該設備還包括一用于測量所述殼體外部的氣象參數值的裝置，一用于基于所測量的氣象參數值計算差分壓力的全局設定點(dPci)的裝置，一用于在至少一個提取組件處測量差分壓力(dPi)的裝置，一用于將所測量的相對壓力與所述設定點值(dPci)進行比較的裝置，以及一用于根據比較結果改變所述控制閥(IOA、10B)的位置的裝置。7、根據權利要求6所述的設備，該設備還包括一用于通過將所測量的氣象參數值與參考模型進行比較來提供第一局部設定點(dPcil)、并計算作為所述第一局部設定點(dPcil)的函數的所述全局設定點(dPci)的裝置。8、根據權利要求7所述的設備，該設備還包括學習裝置，其被配置為基于測量的外部氣象參數值測量內部壓力(Pi)的演變，所述參考模型由所述學習裝置建立。9、根據權利要求6到8中任何一項所述的設備，該設備還包括_用于在至少一個提取組件處測量集合(02/CH4/C02含量)中所包含的內部物理化學參數的值的裝置，一用于將所測量的值與參考值進行比較的裝置，以及一用于基于比較結果提供第二局部設定點(dPci2)的裝置，所述全局設定點(dPci)是所述第二局部設定點(dPci2)的函數。全文摘要本發明實質上涉及一種用于控制從配備有至少一個提取組件(31A、31B)的殼體(50)提取生物氣的方法，該提取組件通過控制閥(10A、10B)連接到管路(70A、70B)，所述方法包括以下步驟對相應管路(70A、70B)提供相應預定管路壓力(Pr)，以及在給定位置打開所述控制閥(10A、10B)。該方法實質特征在于其進一步包括以下步驟測量殼體外部的氣象參數值；基于所測量的氣象參數值計算控制閥(10A、10B)的全局設定點(dPci)，并響應所述全局設定點(dPci)在給定位置打開所述控制閥(10A、10B)。文檔編號B09B1/00GK101631627SQ200780051243公開日2010年1月20日申請日期2007年11月22日優先權日2007年2月13日發明者托馬斯·雷吉爾,瑪麗·西爾萬,西里爾·勒蒙納申請人:維奧利亞環境服務公司