JP2000152799A - Treatment of gas produced by pyrolysis of biomass and apparatus therefor - Google Patents
Treatment of gas produced by pyrolysis of biomass and apparatus thereforInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、バイオマスを熱分
解して得られたガスに対して生物学的処理を施して有効
的に利用する方法及びその装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus for effectively utilizing a gas obtained by pyrolyzing biomass by subjecting the gas to biological treatment.
【０００２】[0002]
【従来の技術】バイオマスエネルギーは再生可能であり
大気中の二酸化炭素濃度を増加させない利点がある。し
かしながら、エネルギー密度が低いうえにバイオマスを
得るために広大な面積が必要であるばかりでなく、固体
のままでエネルギーとして利用するのは困難なことであ
る。このように、バイオマスは、気体や液体などの利用
しやすい形態に変化させるのに必要な投入（インプッ
ト）エネルギーの生産（アウトプット）エネルギーに対
する比率が高いという短所があるために、薪炭として用
いられる以外には実際には用いられていなかった。2. Description of the Related Art Biomass energy has the advantage of being renewable and not increasing the concentration of carbon dioxide in the atmosphere. However, not only the energy density is low, but also a large area is required to obtain biomass, and it is difficult to use solid state as energy. As described above, biomass is used as firewood because it has a disadvantage in that the ratio of input (input) energy to production (output) energy required to change it into an easily usable form such as gas or liquid is high. Other than that, it was not actually used.
【０００３】長崎総合科学大学の坂井らは、微粉砕した
草や木などのバイオマスを、水蒸気と酸素をガス化剤と
した低温熱分解によって、水素と一酸化炭素を主成分と
した高い発熱量の合成ガスを得て、これを一酸化炭素変
成した後、昇圧して触媒を通してメタノールを合成する
方法について報告している。バイオマスからメタノール
を製造する方法を図３に示す。この方法は生成物の分解
が容易であり、アセトン−ブタノール発酵やエタノール
発酵に比較してエネルギー変換に要する外部からのエネ
ルギーの投入が比較的少ないことから、エネルギー変換
方法としては評価されている。しかし、熱分解により得
られた合成ガスをメタノール以外の燃料に変換する方法
は報告されていない。[0003] Sakai et al. Of Nagasaki Institute of Science and Technology have produced a high calorific value mainly composed of hydrogen and carbon monoxide by low-temperature pyrolysis of biomass, such as finely pulverized grass and trees, using steam and oxygen as gasifying agents. This report describes a method of obtaining synthesis gas, converting it to carbon monoxide, and then increasing the pressure to synthesize methanol through a catalyst. FIG. 3 shows a method for producing methanol from biomass. This method is evaluated as an energy conversion method because the product is easily decomposed and relatively little external energy is required for energy conversion as compared with acetone-butanol fermentation or ethanol fermentation. However, no method has been reported for converting the synthesis gas obtained by pyrolysis into a fuel other than methanol.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】現在、バイオマスを扱
った発電方法として、汚泥消化ガスを用いた火花点花式
のガスエンジンによる発電が主流を占めている。燃料電
池を用いた発電は我国においては一例のみであり、ディ
ーゼル機関を用いた二元燃料式ディーゼルガスエンジン
発電方式もあるが我国においては採用例が少ない。At present, as a power generation method using biomass, power generation by a spark-spot type gas engine using sludge digestion gas is predominant. There is only one example of power generation using a fuel cell in Japan, and there is a dual fuel type diesel gas engine power generation system using a diesel engine, but there are few applications in Japan.
【０００５】バイオマス熱分解により生成された合成ガ
スを用いて、直接あるいは一酸化炭素変成を行なって、
火花点火式などのガスエンジンにより発電を行なうこと
は現在の技術レベルでは困難とされている。[0005] Using synthesis gas generated by biomass pyrolysis, direct or carbon monoxide conversion is performed,
It is considered difficult to generate power using a gas engine such as a spark ignition type at the current technical level.
【０００６】その理由は次のようである。各種ガスの燃
焼速度を比較すると、水素が２７０ｃｍ／ｓｅｃ、メタ
ンが４０ｃｍ／ｓｅｃ、一酸化炭素が乾燥した状態にお
いて２５ｃｍ／ｓｅｃ、水蒸気と共存した状態において
５０ｃｍ／ｓｅｃである。また、各種ガスのオクタン価
を比較すると、水素が６６、メタンが１０３、一酸化炭
素が１００である。これらの数値から、メタンと一酸化
炭素は、アンチノック性が高く、火花点火式（オットー
サイクル機関）ガスエンジンの燃料として適しているの
に対して、水素は、非常にノック性が高くガスエンジン
燃料としては極めて不適当であると言える。The reason is as follows. Comparing the burning rates of various gases, hydrogen is 270 cm / sec, methane is 40 cm / sec, carbon monoxide is 25 cm / sec when dried, and 50 cm / sec when coexisting with water vapor. Also, comparing the octane numbers of various gases, hydrogen is 66, methane is 103, and carbon monoxide is 100. From these figures, methane and carbon monoxide have high anti-knock properties and are suitable as fuels for spark ignition (Otto cycle engine) gas engines, whereas hydrogen has very high knock properties and is suitable for gas engines. It can be said that it is extremely unsuitable as a fuel.
【０００７】したがって、バイオマス熱分解により生成
した水素と一酸化炭素を主成分とする合成ガスを発電に
利用する場合は、現在の発電技術レベルを考慮すると、
合成ガスをメタンに変換して火花点火式ガスエンジンに
より発電する方法が実用的な方法であると考えられる。Therefore, when synthesizing gas mainly composed of hydrogen and carbon monoxide produced by biomass pyrolysis is used for power generation, considering the current power generation technology level,
It is considered that a method of converting synthesis gas into methane and generating electric power by a spark ignition type gas engine is a practical method.
【０００８】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
で、バイオマス熱分解ガスに生物学的処理を施して、こ
れを有効的に利用することを可能にしたバイオマス熱分
解ガスの処理方法及びその装置を提供することを課題と
する。The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a method of treating a biomass pyrolysis gas by applying a biological treatment to the biomass pyrolysis gas so that the biomass pyrolysis gas can be effectively used. It is an object to provide such an apparatus.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
達成するために、第1発明は、バイオマスを熱分解して
水素と一酸化炭素を主成分としたガスを生成し、その
後、生成したガスとメタン生成菌とを接触させてメタン
を生成することを特徴としている。Means for Solving the Problems In order to achieve the above object, the present invention provides a first invention, in which biomass is thermally decomposed to produce a gas containing hydrogen and carbon monoxide as main components, and thereafter, It is characterized in that methane is generated by contacting the generated gas with a methane-producing bacterium.
【００１０】第２発明は、前記メタン菌は種菌を集積培
養して生成されたことを特徴としている。The second invention is characterized in that the methane bacteria are produced by accumulating and cultivating a seed bacterium.
【００１１】第３発明は、バイオマスを熱分解して水素
と一酸化炭素を主成分としたガスを生成し、その後、生
成したガスとメタン生成菌とを接触させてメタンを生成
し、生成したメタンで発電機付原動機を駆動させて発電
を行なわせることを特徴としている。According to a third aspect of the present invention, biomass is thermally decomposed to produce a gas containing hydrogen and carbon monoxide as main components, and then the produced gas is brought into contact with a methanogen to produce methane. It is characterized by driving a prime mover with a generator with methane to generate power.
【００１２】第４発明は、バイオマスを熱分解して水素
と一酸化炭素を主成分とするガスを得る熱分解手段と、
前記熱分解手段から供給された水素と一酸化炭素を主成
分とするガスとメタン生成菌とを接触させてメタンを生
成するメタン発酵手段とを具備したことを特徴としてい
る。[0012] A fourth invention is a pyrolysis means for pyrolyzing biomass to obtain a gas containing hydrogen and carbon monoxide as main components;
It is characterized by comprising a methane fermentation means for generating methane by contacting a gas containing hydrogen and carbon monoxide as main components supplied from the thermal decomposition means with a methane-producing bacterium.
【００１３】第５発明は、前記メタン発酵手段には種菌
を集積培養して得られたメタン生成菌を供給する種菌供
給手段を設けたことを特徴としている。The fifth invention is characterized in that the methane fermentation means is provided with a seed supply means for supplying a methane-producing bacterium obtained by accumulating and culturing the seed bacterium.
【００１４】第６発明は、前記メタン発酵手段に前記熱
分解手段から回収した熱により温められた温水を供給す
ることを特徴としている。A sixth invention is characterized in that hot water heated by the heat recovered from the pyrolysis means is supplied to the methane fermentation means.
【００１５】[0015]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明するに当り、まず図２によりバイオマス
の熱分解によって得られたガスから生物学的にメタンを
生成する方法において水素資化性メタン生成菌を用いた
方法について述べる。これは、バイオマスの熱分解によ
り生成した水素と一酸化炭素を主成分としたガスに対し
て一酸化炭素変成を施して水素と二酸化炭素を主成分と
したガスとした後に、これを水素資化性メタン生成菌に
よる発酵によってメタンを生成する方法である。水素資
化性メタン生成菌は近年において発見されたメタン生成
菌種の一つであり、長岡科学技術大学の帆秋らの報告に
よると、超好熱性水素資化性メタン生成菌は、最適温度
85℃で倍加時間26分と大腸菌並みの増殖速度を持ってお
り、太陽光が届かない深海における光合成に依存しない
生物系の第一次生産者となっている。水素資化性メタン
生成菌によるメタン生成反応は下記の式で表される。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. First, referring to FIG. 2, a method for producing methane biologically from a gas obtained by pyrolysis of biomass will be described. The method using assimilable methane-producing bacteria is described. This is a process in which a gas mainly composed of hydrogen and carbon monoxide generated by thermal decomposition of biomass is subjected to carbon monoxide conversion to produce a gas mainly composed of hydrogen and carbon dioxide, which is then hydrogen assimilated. This is a method for producing methane by fermentation with a methane-producing bacterium. Hydrogen-utilizing methanogens are one of the recently discovered methanogens.According to a report by Nagaaki University of Science and Technology, Hoaki et al.
With a doubling time of 26 minutes at 85 ° C and a growth rate comparable to that of Escherichia coli, it is the primary producer of photosynthesis-dependent biological systems in the deep sea where sunlight does not reach. The methane production reaction by the hydrogen-assimilating methane-producing bacteria is represented by the following equation.
【００１６】ＣＯ2＋４Ｈ2→ＣＨ4＋２Ｈ2Ｏ図２におい
て、粉砕されたバイオマス原料31を、熱分解装置32に供
給して、水蒸気と酸素がガス化剤として供給する熱分解
により、水素と一酸化炭素を主成分とした合成ガスを生
成する。合成ガスは一酸化炭素変成器33に供給される。
一酸化炭素変成器33では、合成ガス中の一酸化炭素は、
給気された水蒸気と反応して水素と二酸化炭素に変換さ
れる。その後、水素と二酸化炭素の混合ガスは、熱回収
装置34により熱回収が行なわれる。温度が低下した水素
と二酸化炭素の混合ガスは、水素資化性メタン生成菌培
養タンク35に供給されて、水素資化性メタン生成菌の作
用によりメタンに変換される。メタン生成菌の適正温度
は低温から高温までに至り、温度が高い方がメタン発酵
の反応速度が速くなり、タンクの容量が小さくて済む。
水素資化性メタン生成菌培養タンク35から発生したメタ
ンはガスホルダー36に貯留され、発生したメタンの一部
を燃焼させて発生した熱と熱回収装置34において回収さ
れた熱のどちらか一方、または両方を熱源としたタンク
加温手段37により水素資化性メタン生成菌培養タンク35
が加温される。また、発生したメタンを熱源として水蒸
気発生器38を用いて水蒸気を発生させて、熱分解装置32
及び一酸化炭素生成器33に通気する。発生したメタンの
うち、加熱や水蒸気発生の熱源として利用した残りは余
剰ガス利用手段39により燃料として、あるいは発電など
に利用される。発電を行なう場合はその手段として火花
点火エンジン、二元燃料（重油と消化ガス）ディーゼル
ガスエンジン、ガスタービンエンジン及び燃料電池発電
などの方式があり、燃料電池発電では発生した水蒸気は
バイオマスの低温熱分解やメタンの水蒸気を用いた改質
や一酸化炭素変成などに利用できる。この装置を用いる
ことによりバイオマスはメタンに変換され、熱や電気と
して利用された後、最終的には二酸化炭素と水になる。CO 2 + 4H 2 → CH 4 + 2H 2 O In FIG. 2, the pulverized biomass raw material 31 is supplied to a pyrolysis device 32, and steam and oxygen are supplied as gasifying agents to form hydrogen and hydrogen. A synthesis gas containing carbon monoxide as a main component is generated. The synthesis gas is supplied to the carbon monoxide converter 33.
In the carbon monoxide converter 33, carbon monoxide in the synthesis gas is
It reacts with the supplied steam to be converted into hydrogen and carbon dioxide. Thereafter, the mixed gas of hydrogen and carbon dioxide is subjected to heat recovery by the heat recovery device. The mixed gas of hydrogen and carbon dioxide whose temperature has decreased is supplied to the hydrogen-assimilating methane-producing bacterium culture tank 35, and is converted into methane by the action of the hydrogen-assimilating methane-producing bacteria. The appropriate temperature of the methanogen ranges from low to high. The higher the temperature, the faster the reaction rate of methane fermentation and the smaller the capacity of the tank.
Methane generated from the hydrogen-assimilating methane-producing bacterium culture tank 35 is stored in a gas holder 36, and either one of heat generated by burning a part of the generated methane and heat recovered by the heat recovery device 34, Or a hydrogen-assimilating methane-producing bacterium culture tank 35 by tank heating means 37 using both as heat sources.
Is heated. In addition, steam is generated using the generated methane as a heat source using a steam generator 38, and the thermal decomposition apparatus 32 is used.
And ventilate the carbon monoxide generator 33. Of the generated methane, the remainder used as a heat source for heating and steam generation is used as fuel or for power generation by the surplus gas use means 39. In the case of power generation, there are methods such as spark ignition engine, dual fuel (heavy oil and digestive gas) diesel gas engine, gas turbine engine and fuel cell power generation. It can be used for decomposition, reforming using methane steam, and carbon monoxide conversion. By using this device, biomass is converted to methane, which is used as heat and electricity, and eventually becomes carbon dioxide and water.
【００１７】本発明の実施の形態を図面に基づいて説明
する図１において、１は熱分解装置であり、微粉砕され
たバイオマスが供給路２を介して供給される。熱分解装
置１は、供給路４、20を介して酸素と水蒸気をガス化剤
として給気して、バイオマスを熱分解し、水素と一酸化
炭素を主成分とした合成ガスを生成する。合成ガスは供
給路６を介して熱回収装置３に供給される。熱回収装置
３は、バイオマスの熱分解により得られた熱の回収を行
なう。回収された熱は、メタン発酵タンク加温手段19に
よりメタン発酵タンクの自己加温に用いられる。熱が回
収されて低温化した合成ガスは、供給路８を介して、ガ
スホルダー５に供給される。In FIG. 1, which illustrates an embodiment of the present invention with reference to the drawings, reference numeral 1 denotes a pyrolysis apparatus, to which finely pulverized biomass is supplied via a supply path 2. The pyrolysis apparatus 1 supplies oxygen and steam as gasifying agents through the supply paths 4 and 20 to pyrolyze biomass and generate a synthesis gas containing hydrogen and carbon monoxide as main components. The synthesis gas is supplied to the heat recovery device 3 via the supply path 6. The heat recovery device 3 recovers heat obtained by pyrolysis of biomass. The recovered heat is used by the methane fermentation tank heating means 19 for self-heating the methane fermentation tank. The synthesis gas whose temperature has been reduced by the heat recovery is supplied to the gas holder 5 through the supply path 8.
【００１８】ガスホルダー５は、合成ガスとメタン発酵
タンクから排出されたガスを貯留して、ガス導管10、1
6、18を介して、コンプレッサー７、ガスエンジン15及
び水蒸気発生器25へ供給する機能を有する。The gas holder 5 stores the synthesis gas and the gas discharged from the methane fermentation tank, and
It has a function of supplying to the compressor 7, the gas engine 15 and the steam generator 25 via 6 and 18.
【００１９】コンプレッサー７は、ガス導管10を介し
て、ガスホルダー５から導入した混合ガスを加圧してメ
タン発酵タンク９に供給する。The compressor 7 pressurizes the mixed gas introduced from the gas holder 5 through the gas conduit 10 and supplies the mixed gas to the methane fermentation tank 9.
【００２０】メタン発酵タンク９には種菌供給手段13と
メタン発酵タンク加温手段19が付帯され、同タンク９底
部には散気装置12が据付けられている。種菌供給手段13
は、自然界から採取した種菌に対して、メタノール、水
素、一酸化炭素あるいは蟻酸を基質として集積培養を行
なって得られたメタン生成菌体11をメタン発酵タンク９
に適時適量供給する機能を有する。メタン発酵タンク加
温手段19は、メタン発酵タンク９の反応液の温度を測定
して、熱回収装置３から回収した熱により温められた温
水を供給することにより、メタン発酵に適した温度に調
整する機能を有している。散気装置12は、コンプレッサ
ー７からの加圧された混合ガスを微細気泡化させる機能
を有する。The methane fermentation tank 9 is provided with a seed supply means 13 and a methane fermentation tank heating means 19, and an air diffuser 12 is installed at the bottom of the tank 9. Seed supply means 13
In the methane fermentation tank 9, a methanogen 11 obtained by performing an enrichment cultivation on a seed bacterium collected from nature using methanol, hydrogen, carbon monoxide or formic acid as a substrate is used.
It has a function to supply a suitable amount to the product at the appropriate time. The methane fermentation tank warming means 19 adjusts the temperature of the reaction solution in the methane fermentation tank 9 to a temperature suitable for methane fermentation by supplying hot water heated by the heat recovered from the heat recovery device 3. It has the function to do. The air diffuser 12 has a function of making the mixed gas pressurized from the compressor 7 into fine bubbles.
【００２１】また、メタン発酵タンク９には上部に溢流
口22、底部に余剰汚泥排出口24が据付けられている。溢
流口22から排出された余分な液は排水処理手段21に、ま
た余剰汚泥排出口24から引く抜かれた余剰汚泥は余剰汚
泥処理手段23に移送されて処理される。The methane fermentation tank 9 is provided with an overflow port 22 at the top and an excess sludge discharge port 24 at the bottom. The excess liquid discharged from the overflow port 22 is transferred to the wastewater treatment means 21, and the excess sludge drawn from the excess sludge discharge port 24 is transferred to the excess sludge treatment means 23 for treatment.
【００２２】コンプレッサー７から供給された微細気泡
化した混合ガスは、メタン発酵タンク９内に浮遊するメ
タン生成菌体11と接触すると、メタンに変換される。When the gas mixture supplied from the compressor 7 into fine bubbles is brought into contact with the methane-producing cells 11 floating in the methane fermentation tank 9, it is converted into methane.
【００２３】メタン発酵タンク９内の反応液から排出さ
れたメタン、二酸化炭素及び未反応の一酸化炭素を含ん
でいるガスは、ガス導管14を介してガスホルダー５に貯
留される。ガスホルダー５に貯留されたガスは、再びガ
ス導管10を介して、メタン発酵タンク９に供給されると
いう操作が繰り返し行なわれる。The gas containing methane, carbon dioxide and unreacted carbon monoxide discharged from the reaction solution in the methane fermentation tank 9 is stored in the gas holder 5 via the gas conduit 14. The operation of supplying the gas stored in the gas holder 5 to the methane fermentation tank 9 again via the gas conduit 10 is repeatedly performed.
【００２４】ガスホルダー５に貯留されたガスの一部
は、ガスエンジン15（火花点火式ガスエンジンあるいは
二元燃料ディーゼルガスエンジン）に適したガス組成に
変換された後、ガス導管16を介して供給されて発電用の
燃料として利用される。発電はガスエンジン15に直結し
た発電機17により行なわれる。A part of the gas stored in the gas holder 5 is converted into a gas composition suitable for a gas engine 15 (spark ignition type gas engine or dual fuel diesel gas engine), and then is converted via a gas conduit 16. It is supplied and used as fuel for power generation. Power is generated by a generator 17 directly connected to the gas engine 15.
【００２５】バイオマスの熱分解に必要な水蒸気は、外
部熱源27あるいはガスホルダー５に貯留したガスを熱源
として利用して水蒸気発生器25を用いて発生させて、熱
分解装置１に供給される。The steam required for the thermal decomposition of the biomass is generated by using the steam stored in the external heat source 27 or the gas holder 5 as a heat source using the steam generator 25 and supplied to the thermal decomposition apparatus 1.
【００２６】以上説明したように、本実施形態例に係る
装置を用いることによりバイオマスはメタンに変換さ
れ、そのエネルギーは熱や電気として利用され、最終的
には二酸化炭素と水になる。As described above, by using the apparatus according to the present embodiment, biomass is converted into methane, the energy of which is used as heat or electricity, and finally becomes carbon dioxide and water.
【００２７】次に本実施形態例についての特徴について
説明する。Next, the features of this embodiment will be described.
【００２８】熱分解装置１は、微粉砕した草や木などの
バイオマスは、水蒸気と酸素をガス化剤とした低温熱分
解により、タールの発生を防ぎ、水素と一酸化炭素を主
成分とした高い発熱量の合成ガスを得ることができる。The pyrolysis apparatus 1 prevents biomass, such as finely pulverized grass and trees, from generating tar by low-temperature pyrolysis using steam and oxygen as gasifying agents, and contains hydrogen and carbon monoxide as main components. A high calorific value synthesis gas can be obtained.
【００２９】この熱を回収して利用する熱回収装置３及
びメタン発酵タンク加温手段19の導入によって、メタン
発酵に適した温度条件に設定することができ、メタン生
成を効率的かつ経済的に行なうことが可能になる。By introducing the heat recovery device 3 for recovering and using this heat and the methane fermentation tank heating means 19, temperature conditions suitable for methane fermentation can be set, and methane production can be performed efficiently and economically. It is possible to do.
【００３０】また、一般的にバイオマスに対して直接メ
タン生成菌が関与するメタン発酵においては有機物質の
加水分解が律速段階となる。このため、結果的にバイオ
マスからエネルギー生産する効率が悪くなる原因となっ
ていた。In general, in methane fermentation in which methane-producing bacteria are directly involved in biomass, hydrolysis of organic substances is the rate-limiting step. As a result, the efficiency of energy production from biomass has been reduced.
【００３１】そこで、熱分解手段は、バイオマスの加水
分解工程の省略を可能にさせメタン生成菌によるメタン
生成を容易にさせる。熱分解手段の利用により外部から
エネルギーを投入することが必要となるが、生成したメ
タンを熱分解手段の加熱や水蒸気生成の熱源として利用
することが可能となるのでエネルギーの損失が補填され
る。 この手段によりバイオマスを基質としたメタン発
酵に比べると、反応速度が速くなり、バイオマスのエネ
ルギーへの変換効率が著しく向上する。Therefore, the thermal decomposition means makes it possible to omit the biomass hydrolysis step and facilitates the production of methane by methanogens. Although it is necessary to input energy from the outside by using the thermal decomposition means, it is possible to use the generated methane as a heat source for heating the thermal decomposition means and for generating steam, thereby compensating for the energy loss. By this means, the reaction rate is higher than in methane fermentation using biomass as a substrate, and the conversion efficiency of biomass to energy is significantly improved.
【００３２】メタン発酵タンク９において生成したメタ
ンは、一酸化炭素から蟻酸を経由して生成したものと、
水素と二酸化炭素から生成したものがある。同タンク内
に添加されるメタン生成菌体はMetanosarcina barkeri
（DSM804）を優先種としている。西尾らの報告「メタン
生成菌の増殖特性とその機能と利用，醗酵工学，第64
巻，pp.181〜196（1986）」によると、当該菌は、水素
（Ｈ2）と二酸化炭素（ＣＯ2）、蟻酸（ＨＣＯＯＨ）、
酢酸（ＣＨ3ＣＯＯＨ）やメタノール（ＣＨ3ＯＨ）を基
質として利用するメタン生成菌であるが、一酸化炭素
（ＣＯ）と水素からメタン（ＣＨ4）を生成するという
他のメタン生成菌にはない特異的な能力を有している。
このメタン生成過程は蟻酸を中間生成物としてメタンを
生成する。このメタン生成過程に係る反応式は次のよう
になる。The methane produced in the methane fermentation tank 9 is produced from carbon monoxide via formic acid,
Some are produced from hydrogen and carbon dioxide. The methanogen added to the tank is Metanosarcina barkeri
(DSM804) as the priority species. Nishio et al., "Proliferation characteristics of methanogens and their functions and utilization, Fermentation Engineering, No. 64
Winding, pp.181~196 (1986) According to "the bacteria, hydrogen (H 2) and carbon dioxide (CO 2), and formic acid (HCOOH),
Methanogens use acetic acid (CH 3 COOH) or methanol (CH 3 OH) as a substrate, but other methanogens that produce methane (CH 4 ) from carbon monoxide (CO) and hydrogen Has no specific ability.
This methane production process produces methane using formic acid as an intermediate product. The reaction equation for this methane production process is as follows.
【００３３】ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→ＨＣＯＯＨ ４ＨＣＯＯＨ→ＣＨ4＋３ＣＯ2＋２Ｈ2Ｏ 一酸化炭素からメタンを生成する反応プロセスの全体は
次式で表される。CO + H 2 O → HCOOH 4HCOOH → CH 4 + 3CO 2 + 2H 2 O The whole reaction process for producing methane from carbon monoxide is represented by the following equation.
【００３４】４ＣＯ＋２Ｈ2Ｏ→ＣＨ4＋３ＣＯ2 一方、当該菌は水素資化性でもあるので次式のようなメ
タン生成も起こり得る。4CO + 2H 2 O → CH 4 + 3CO 2 On the other hand, since the bacterium is also a hydrogen assimilating substance, methane production as shown in the following formula can occur.
【００３５】ＣＯ2＋４Ｈ2→ＣＨ4＋２Ｈ2Ｏ したがって、一酸化炭素からのメタン生成と水素資化性
メタン生成の両方が起これば、全体の反応プロセスは次
式で表される。CO 2 + 4H 2 → CH 4 + 2H 2 O Therefore, if both methane production from carbon monoxide and hydrogen utilization methane production occur, the whole reaction process is represented by the following equation.
【００３６】２ＣＯ＋２Ｈ2→ＣＨ4＋ＣＯ2 この他にメタン生成菌と共存するホモ酢酸生成菌の作用
により蟻酸から酢酸を生成して、さらに酢酸からメタン
と二酸化炭素を生成するものと考えられる。2CO + 2H 2 → CH 4 + CO 2 In addition, it is considered that acetic acid is generated from formic acid by the action of a homoacetic acid-producing bacterium which coexists with a methane-producing bacterium, and methane and carbon dioxide are further generated from acetic acid.
【００３７】したがって、Metanosarcina barkeri（DSM
804）を優先種とする菌体を用いることにより水素と一
酸化炭素を主成分とするバイオマス熱分解ガスを容易に
メタンと二酸化炭素に変換することができる。Therefore, Metanosarcina barkeri (DSM
By using the cells having priority of 804), biomass pyrolysis gas containing hydrogen and carbon monoxide as main components can be easily converted to methane and carbon dioxide.
【００３８】本実施例においては、メタン醗酵タンク９
に種菌供給手段13を付帯している。種菌供給手段13によ
って、メタノール、水素、一酸化炭素あるいは蟻酸を基
質として集積培養を行なって得たMetanosarcina barker
i（DSM804）を優先種とした菌体がメタン発酵タンク９
に適時供給されるので、メタン生成の性能維持が可能に
なる。In this embodiment, the methane fermentation tank 9
And a seed supply means 13. Metanosarcina barker obtained by performing enrichment culture using methanol, hydrogen, carbon monoxide or formic acid as a substrate by the inoculum supply means 13.
i (DSM804) as the priority species is the methane fermentation tank 9
Is supplied in a timely manner, so that the performance of methane generation can be maintained.
【００３９】一酸化炭素は水に対する溶解度が小さいの
で一酸化炭素の水への溶解を促進する必要がある。本実
施例においてはこの課題をコンプレッサー７、散気装置
12、ガス導管14を設けることによって解決した。コンプ
レッサー７は、ガスホルダー５から導入した混合ガスを
加圧して散気装置12からメタン発酵タンク９に供給す
る。メタン発酵タンク９に供給された混合ガスは、散気
装置12によって微細気泡化される。また、ガス導管14を
設けてメタン発酵タンク９の反応液から排出されたガス
をガスホルダー５に返流して循環供給ができるようにし
た。Since carbon monoxide has a low solubility in water, it is necessary to promote the dissolution of carbon monoxide in water. In this embodiment, this problem is solved by the compressor 7 and the air diffuser.
12, solved by providing a gas conduit 14. The compressor 7 pressurizes the mixed gas introduced from the gas holder 5 and supplies the mixed gas from the diffuser 12 to the methane fermentation tank 9. The mixed gas supplied to the methane fermentation tank 9 is microbubble by the air diffuser 12. Further, a gas conduit 14 is provided so that the gas discharged from the reaction solution in the methane fermentation tank 9 is returned to the gas holder 5 so that the gas can be circulated and supplied.
【００４０】このことにより、水に対して溶解度の低い
一酸化炭素が効率よく溶解され、メタン生成反応が著し
く促進される。それでも尚、生成ガス中には未反応の一
酸化炭素が残るが、水素はほとんどメタンに変換され
る。また、コンプレッサーから供給されたガスが攪拌子
となるので、新たに攪拌手段を設ける必要がなくなる利
点がある。Thus, carbon monoxide having low solubility in water is efficiently dissolved, and the methane formation reaction is remarkably promoted. Nevertheless, unreacted carbon monoxide remains in the product gas, but most of the hydrogen is converted to methane. Further, since the gas supplied from the compressor becomes a stirrer, there is an advantage that it is not necessary to newly provide a stirring means.
【００４１】通常のメタン発酵により生成したガスには
一酸化炭素や水素はほとんど含まれていないが、この場
合は一酸化炭素の含有率が高くなる。しかし、そのオク
タン価は１００であり、アンチノック性が高く、ガスエ
ンジン発電に悪影響を与えることはない。The gas produced by ordinary methane fermentation contains almost no carbon monoxide or hydrogen. In this case, however, the content of carbon monoxide is high. However, its octane number is 100, and it has high anti-knock property and does not adversely affect gas engine power generation.
【００４２】従来、バイオマス熱分解生成ガスから生物
学的にメタンを生成する方法は、一酸化炭素変成を行な
うためにエネルギーを導入する必要があり、そのために
生成したメタンの一部を用いるか外部からエネルギーを
供給する必要がある。また、一酸化炭素変成手段は、石
油化学工業のような大規模で連続的に操業する場合にお
いては用いられているが、装置や制御が複雑であること
と長時間運転による触媒の劣化という問題から中規模で
操業するには適していないと考えられる。Conventionally, a method of biologically producing methane from a biomass pyrolysis product gas requires the introduction of energy in order to carry out carbon monoxide conversion. Need to supply energy from In addition, carbon monoxide conversion means is used in the case of continuous operation on a large scale such as the petrochemical industry, but it has the problems of complicated equipment and control and deterioration of the catalyst due to long-term operation. Is not considered suitable for medium-scale operations.
【００４３】そこで、本実施形態例に係る方法及び装置
によって、水蒸気を用いた一酸化炭素変成手段を付帯せ
ずにバイオマス熱分解生成ガスから直接メタンを生成す
ることが可能になる。生成したガスの組成は、アンチノ
ック性が高いためガス発電へ利用することが可能であ
る。このように本発明に係る方法及び装置は、システム
全体が単純化されて複雑な制御が必要でなくなったため
に、中小規模の操業にも適応する。Therefore, the method and apparatus according to the present embodiment make it possible to directly generate methane from the biomass pyrolysis product gas without using a means for converting carbon monoxide using steam. The composition of the generated gas has high anti-knock properties and can be used for gas power generation. As described above, the method and apparatus according to the present invention are also applicable to small- and medium-scale operations because the entire system is simplified and complicated control is not required.
【００４４】[0044]
【発明の効果】以上詳細に述べたように、本発明に係る
バイオマス熱分解生成ガス処理方法及びその装置によれ
ば、バイオマスの燃焼により得られたガスから効率的か
つ容易にメタン生成することできる。このことにより、
バイオマスを外部からのエネルギー供給を最小限に抑え
ながら熱エネルギーと電気エネルギーに変換することが
可能になる。As described in detail above, according to the method and apparatus for treating biomass pyrolysis gas according to the present invention, methane can be efficiently and easily produced from gas obtained by burning biomass. . This allows
Biomass can be converted into thermal energy and electrical energy while minimizing external energy supply.
【００４５】バイオマスの燃焼により排出された二酸化
炭素は、生態系において光合成により固定されて再度バ
イオマスとして供給される。したがって、化石燃料の消
費を削減した分、大気中の二酸化炭素濃度の増加を防ぐ
ことが可能となる。The carbon dioxide emitted by the combustion of biomass is fixed by photosynthesis in the ecosystem and is supplied again as biomass. Therefore, it is possible to prevent an increase in the concentration of carbon dioxide in the atmosphere by reducing the consumption of fossil fuel.
【００４６】本発明によってバイオマスエネルギー利用
の実用性がよりいっそう高められることになる。The present invention further enhances the practicality of using biomass energy.
【図１】本発明に係る装置システム概要図。FIG. 1 is a schematic diagram of an apparatus system according to the present invention.
【図２】メタン生成に係る装置システム概要図。FIG. 2 is a schematic diagram of an apparatus system related to methane generation.
【図３】従来の装置システム概要図。FIG. 3 is a schematic diagram of a conventional device system.
１・・・熱分解装置 ３・・・熱回収装置 ５・・・ガスホルダー ７・・・コンプレッサー ９・・・メタン発酵タンク 11・・・メタン生成菌体 12・・・散気装置 13・・・種菌供給手段 15・・・ガスエンジン 17・・・発電機 19・・・メタン発酵タンク加温手段 21・・・排水処理手段 23・・・余剰汚泥処理手段 25・・・水蒸気発生器 27・・・外部熱源 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Pyrolysis device 3 ... Heat recovery device 5 ... Gas holder 7 ... Compressor 9 ... Methane fermentation tank 11 ... Methane producing bacteria 12 ... Aeration device 13 ... Seed supply means 15 ・ ・ ・ Gas engine 17 ・ ・ ・ Generator 19 ・ ・ ・ Methane fermentation tank heating means 21 ・ ・ ・ Wastewater treatment means 23 ・ ・ ・ Excess sludge treatment means 25 ・ ・ ・ Steam generator 27 ・..External heat sources
Claims (6)
素を主成分としたガスを生成し、その後、生成したガス
とメタン生成菌とを接触させてメタンを生成することを
特徴とするバイオマス熱分解生成ガス処理方法。1. A biomass characterized in that biomass is thermally decomposed to produce a gas containing hydrogen and carbon monoxide as main components, and then the produced gas is brought into contact with methanogens to produce methane. Pyrolysis product gas treatment method.
されたことを特徴とする請求項１記載のバイオマス熱分
解生成ガス処理方法。2. The method for treating biomass pyrolysis gas according to claim 1, wherein the methane bacteria are produced by accumulating and cultivating a seed bacterium.
素を主成分としたガスを生成し、その後、生成したガス
とメタン生成菌とを接触させてメタンを生成し、生成し
たメタンで発電機付原動機を駆動させて発電を行なわせ
ることを特徴とする請求項１または２記載のバイオマス
熱分解生成ガス処理方法。3. Biomass is thermally decomposed to produce a gas mainly composed of hydrogen and carbon monoxide, and then the produced gas is brought into contact with a methane-producing bacterium to produce methane. The biomass pyrolysis product gas treatment method according to claim 1 or 2, wherein the engine is driven to generate power.
素を主成分とするガスを得る熱分解手段と、前記熱分解
手段から供給された水素と一酸化炭素を主成分とするガ
スとメタン生成菌とを接触させてメタンを生成するメタ
ン発酵手段とを具備したことを特徴とするバイオマス熱
分解生成ガス処理装置。4. A pyrolyzing means for pyrolyzing biomass to obtain a gas containing hydrogen and carbon monoxide as main components, and a gas and a methane gas containing hydrogen and carbon monoxide as main components supplied from said pyrolysis means. A biomass pyrolysis product gas treatment device, comprising: methane fermentation means for producing methane by contacting the produced bacteria.
して得られたメタン生成菌を供給する種菌供給手段を設
けたことを特徴とする請求項４記載のバイオマス熱分解
生成ガス処理装置。5. The biomass pyrolysis product gas treatment apparatus according to claim 4, wherein said methane fermentation means is provided with a seed supply means for supplying methane-producing bacteria obtained by accumulating seed cultures.
ら回収した熱により温められた温水を供給することを特
徴とする請求項４または５記載のバイオマス熱分解生成
ガス処理装置。6. The biomass pyrolysis product gas treatment apparatus according to claim 4, wherein hot water heated by heat recovered from the pyrolysis means is supplied to the methane fermentation means.
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|---|---|---|---|
| JP32873098A JP2000152799A (en) | 1998-11-19 | 1998-11-19 | Treatment of gas produced by pyrolysis of biomass and apparatus therefor |
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