JP2006143779A

JP2006143779A - バイオガス精製システム

Info

Publication number: JP2006143779A
Application number: JP2004332093A
Authority: JP
Inventors: Seiichiro Sano; 誠一郎佐野; Tetsuya Mine; 哲哉峰
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2004-11-16
Filing date: 2004-11-16
Publication date: 2006-06-08

Abstract

【課題】圧力の無い常圧のバイオガスに対しても適用可能なバイオガス精製システムを提供する。
【解決手段】生物脱硫装置１１の吐出管路１３にブロワ２８を設け、このブロワ２８の吐出側に圧力調整タンク２９を連結し、この圧力調整タンク２９からリリーフ弁３０を介して前記ブロワ２８の入側管路に連通するガス循環装置３１を設けたことにより、圧力のないバイオガスを、圧力損失を生じる生物脱硫装置に流すことができ、かつ、ガス利用設備へ脱硫された所定圧力のバイオガスを安定供給することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、畜産糞尿、下水処理場や工場排水処理設備から発生する汚泥、生ごみなどの有機性廃棄物をメタン発酵させて得られるバイオガスに含まれる硫化水素等の不純物を微生物の働きにより除去するバイオガス精製システムに関する。

近年、畜産糞尿、下水処理場や工場排水処理設備から発生する汚泥、生ごみなどの有機性廃棄物をメタン発酵させて得られるバイオガスを発電設備等の燃料として利用することが行なわれており、それに関する提案もなされている（例えば、特許文献１参照）。

このようなバイオガスは、多くの不純物を含んでおり、そのまま使用すると発電設備や環境に対して影響を与えるので、バイオガスを精製し、不純物を除去する必要がある。従来、脱硫のためには、乾式脱硫装置を使用するのが一般的であった。

この乾式脱硫装置は、酸化鉄などの脱硫剤を用いて脱硫を行なうものであるが、バイオガスに含まれる硫化水素のみが除去の対象となり、バイオガスに含まれる他の硫黄化合物やアンモニアなどの不純物が除去できない。このため、後段に適用できるガス使用設備が限定されてしまう。また、当然ながら硫黄酸化物や窒素酸化物排出の原因にもなる。さらに、使用時間経過に伴い脱硫剤を交換しなければならず、ランニングコストが上昇すると共に、メンテナンスが面倒である。

そこで、このような乾式脱硫装置に代って、バイオガスに含まれる硫化水素等の不純物を微生物の働きにより除去する生物脱硫装置が用いられるようになってきた。この生物脱硫装置は、脱硫塔内に、硫黄酸化細菌群を坦持する充填層を設け、この充填層にバイオガスを通すことで硫黄酸化細菌群と接触させ、バイオガス中に含まれる硫黄系化合物を酸化して硫酸とするものである。

充填層には、上述のように硫黄系化合物が酸化することにより硫酸が生じるが、脱硫塔に循環液を循環して充填層に散布することで、硫黄酸化細菌群によって生成される硫酸を循環液中に捕捉して除去する。また、硫黄酸化細菌群は好気性細菌であるため、脱硫塔へ流入する被処理ガスには予め空気を注入して細菌が必要とする酸素を供給する。この空気の注入量は、脱硫塔から吐出されるガス流量に合わせて調整されるが、ガス中酸素濃度が設定値以上になると空気の注入は休止する。

このように生物脱硫装置は、微生物によってバイオガス中の硫黄化合物を除去する装置であり、従来の脱硫剤(酸化鉄)を使用する乾式脱硫装置と比較して、脱硫剤交換が不要なためランニングコストが安価でメンテナンスが容易である上、硫化水素以外の硫黄酸化物（例えば、メルカプタン類、硫化メチル等）の除去も可能であるなどの利点を有する。
特開２００２−２７５４８２号公報

このような生物脱硫装置では、前述のように、硫黄酸化細菌群を坦持する充填層にバイオガスを通すために圧力損失が生じるので、バイオガスに２５０mmAq程度の一定の圧力を持たせる必要がある。このため生物脱硫装置の前段に定圧式のガスホルダを設置してバイオガスに上述した圧力を持たせ、生物脱硫装置に流入させることが想定されていた。しかし、このような定圧式のガスホルダは設備コストが高く取扱が難しかった。

近年、バルーン状の常圧ガスホルダが、設備コストが安価であることや取扱の容易さから広く用いられるようになってきたが、常圧であるため、ある程度の圧力を要する生物脱硫装置には適用困難であった。

本発明の目的は、圧力の無い常圧のバイオガスに対しても適用可能なバイオガス精製システムを提供することにある。

本発明のバイオガス精製システムは、メタン発酵槽から発生したバイオガスを導入し硫黄酸化細菌群により脱硫する生物脱硫装置と、この脱硫装置により脱硫されたガスの吐出管路に設けられたブロワ、このブロワの吐出側に連結した圧力調整タンク、この圧力調整タンクに一次側が連通し二次側が前記ブロワの入側管路に連通し、前記一次側の圧力を所定値に保つリリーフ弁を有するガス循環装置とを備え、前記圧力調整タンクからガス利用設備へ脱硫されたガスを供給することを特徴とする。

また、本発明のバイオガス精製システムは、圧力調整タンクからガス利用設備への供給路に乾式脱硫塔を設けてもよい。

さらに、本発明のバイオガス精製システムは、圧力調整タンクからガス利用設備への供給路に活性炭塔を設けた構成でもよい。

本発明によれば、生物脱硫装置の吐出管路にブロワを設け、このブロワの吐出側に圧力調整タンク連結し、この圧力調整タンクからリリーフ弁を介して前記ブロワの入側管路に連通するガス循環装置を設けたことにより、圧力のないバイオガスを、圧力損失を生じる生物脱硫装置に流すことができ、かつ、ガス利用設備へは脱硫された所定圧力のバイオガスを安定供給することができる。

以下、本発明によるバイオガス精製システムの一実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。

図１において、１１は生物脱硫装置で、脱硫塔１１ａ内の高さ方向中間部に硫黄酸化細菌群を坦持する充填層１１ｂを設けており、脱硫塔１１ａの下部に連結された配管１２により、前段に設けられた図示しないメタン発酵槽で発生したバイオガスを、脱硫塔１１ａ内の下部に導入する。導入されたバイオガスは、充填槽１１ｂに上向きに流れ、充填層１１ｂに坦持された硫黄酸化細菌群により脱硫されて上部に連結された吐出管路１３に吐出される。

また、脱硫塔１１ａ内の上部には散布器１１ｃが設けられ、循環ポンプ１５を有する配管１６により脱硫塔１１ａ内下部から供給される循環液を、充填層１１ｂに散布する。充填層１１ｂには、バイオガスとの接触により硫黄系化合物が酸化することで硫酸が生じているが、散布された循環液により、硫黄酸化細菌群によって生成された硫酸は循環液中に捕捉され、除去される。なお、循環液は硫酸を捕捉することから、アルカリ性の液を用いるとよい。また、長期間使用するとｐＨが低下するため、ある程度使用したなら、新たな液を補充するとよい。

また、充填層１１ｂに坦持された硫黄酸化細菌群は好気性細菌であるため、前記配管１２により脱硫塔１１ａへ流入する被処理ガスには、エアポンプ１７から、電磁弁１８を有する空気管１９を介して予め空気を注入して、細菌が必要とする酸素を供給する。この空気の注入量は、脱硫塔１１ａから吐出されるガス流量に合わせて調整するが、ガス中酸素濃度が設定値以上になると空気の注入は休止する。

すなわち、脱硫装置１１により脱硫されたガスをガス利用設備に供給する吐出管路１３に酸素濃度計２１及びガス流量計２２を設け、それらの測定値を、前記電磁弁１８の制御装置２３に入力することにより、電磁弁１８を開閉制御し、前述のように空気注入量を制御する。

また、酸素濃度計２１及びガス流量計２２が設けられた脱硫装置１１からの吐出管路１３にはブロワ２８を設け、このブロワ２８の吐出側に圧力調整タンク２９を連結している。この圧力調整タンク２９に対しては、リリーフ弁３０の一次側（入側）を連結し、その二次側（出側）は、ブロワ２８の入側に連結して循環配管３１を形成している。リリーフ弁３０は、周知のように一次側の圧力を所定値に保つ機能を有する。また、圧力調整タンク２９には、ガス利用設備へのガス供給配管３３が連結している。ガス供給配管３３は、ガス流量計２５及び減圧弁３２を有する。減圧弁３２は、周知のように二次側（出側）の圧力を所定値に保つ機能を有する。

また、ガス供給配管３３には、ガス利用設備に応じて（例えば、燃料電池の場合）乾式脱硫塔３５や活性炭塔３６を設ける。

上記構成において、有機性廃棄物のメタン発酵によって生成されたバイオガスは、所定量の空気と共に、脱硫装置１１の吐出管路１３に設けられたブロワ２８により吸引されて脱硫装置１１に導入される。このため、圧力がないバイオガスでも、脱硫塔１１ａ内の充填層１１ｂに確実に流れ、この充填層１１ｂに坦持された硫黄酸化細菌群により脱硫される。そして脱硫後、吐出管路１３に吐出され、ブロワ２８を経て圧力調整タンク２９内に流入する。

このとき、後段のガス利用設備でのガス消費が無いと、流入したバイオガスは圧力調整タンク２９内に貯留される。そして、圧力調整タンク２９内の圧力が所定値を越えると、リリーフ弁３０が作動し、一部のバイオガスを循環配管３１に流し、圧力調整タンク２９内の圧力を所定値に維持する。すなわち、後段のガス利用設備でのガス消費が無い場合は、循環配管３１をバイオガスが循環するため、圧力調整タンク２９内の圧力は一定に保たれる。

一方、後段のガス利用設備でガス消費が生じると、減圧弁３２の二次側圧力が低下するため、圧力調整タンク２９内に貯留されたバイオガスが配管３３によりガス利用設備に供給される。このガス供給により圧力調整タンク２９内の圧力は低下するが、脱硫塔１１ａを通って脱硫された新たなバイオガスが供給されるため、圧力調整タンク２９内の圧力は一定に保たれ、この一定圧力のバイオガスが後段のガス利用設備に安定供給される。

なお、生物脱硫装置１１は、生成するバイオガスの流量や硫黄化合物濃度が大きく変動すると処理が追従しきれずに、後段に硫化水素などが漏出することがある。そこで、前述したように、ガス供給配管３３にバックアップ用として乾式脱硫塔３５を設けるとよい。また、生物脱硫装置１１は、硫黄化合物のみが除去対象であり、アンモニア等がバイオガス中に混入していた場合はこれを除去することができない。そこで、ガス供給配管３３に、標準活性炭と機能性活性炭とを有する活性炭塔３６を設ければ、アンモニア等も除去できるので、バイオガスへの不純物含有量に制限のあるガス利用設備（例えば、燃料電池）にも適用できる。また、ガス利用設備からの大気汚染物質（硫黄酸化物、窒素酸化物）の排出を低減することができる。

このように、脱硫装置１１の吐出管路１３にブロワ２８及び圧力調整タンク２９を設け、リリーフ弁３０を有する循環装置３１を構成したことにより、圧力がないバイオガスでも、脱硫塔１１ａ内の充填層１１ｂに確実に流れ、この充填層１１ｂに坦持された硫黄酸化細菌群により脱硫された後は、圧力調整タンク２９から一定圧力で安定供給することができる。

本発明によるバイオガス精製システムの一実施の形態を示すシステム構成図である。

符号の説明

１１生物脱硫装置
１２バイオガス導入配管
１３吐出管路
２８ブロワ
２９圧力調整タンク
３０リリーフ弁
３１循環装置
３３バイオガス供給配管
３５乾式脱硫塔
３６活性炭塔

Claims

メタン発酵槽から発生したバイオガスを導入し硫黄酸化細菌群により脱硫する生物脱硫装置と、
この脱硫装置により脱硫されたガスの吐出管路に設けられたブロワ、このブロワの吐出側に連結した圧力調整タンク、この圧力調整タンクに一次側が連通し二次側が前記ブロワの入側管路に連通し、前記一次側の圧力を所定値に保つリリーフ弁を有するガス循環装置とを備え、
前記圧力調整タンクからガス利用設備へ脱硫されたガスを供給することを特徴とするバイオガス精製システム。
圧力調整タンクからガス利用設備への供給路に乾式脱硫塔を設けたことを特徴とする請求項１に記載のバイオガス精製システム。
圧力調整タンクからガス利用設備への供給路に活性炭塔を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のバイオガス精製システム。