JP2008013649A - バイオガス生成システムおよび方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 簡易、かつ低コストでバイオガス中の二酸化炭素を取り除くことによって、メタンガス成分等の有効成分の含有量を高める（精製する）ことができるバイオガス生成システムを提供すること。
【解決手段】 有機性廃棄物を発酵させてバイオガスを生成する発酵槽３と、該発酵槽から前記バイオガス１が送られ、該バイオガスに対して脱硫処理を行う生物脱硫塔５とを備えたバイオガス生成システムであって、発酵槽より一部取り出した発酵液７であって、生物脱硫塔５内の温度より高い温度の発酵液１７中の溶存二酸化炭素ガスを低減処理する発酵液ガス低減処理装置８を更に備え、該発酵液ガス低減処理装置により処理されたガス低減発酵液９を生物脱硫塔５に導入するように構成されている。
【選択図】図１
【解決手段】 有機性廃棄物を発酵させてバイオガスを生成する発酵槽３と、該発酵槽から前記バイオガス１が送られ、該バイオガスに対して脱硫処理を行う生物脱硫塔５とを備えたバイオガス生成システムであって、発酵槽より一部取り出した発酵液７であって、生物脱硫塔５内の温度より高い温度の発酵液１７中の溶存二酸化炭素ガスを低減処理する発酵液ガス低減処理装置８を更に備え、該発酵液ガス低減処理装置により処理されたガス低減発酵液９を生物脱硫塔５に導入するように構成されている。
【選択図】図１
Description
本発明は、有機性廃棄物のメタン発酵等により得られるバイオガスを処理して可燃性成分であるメタンガス成分等の有効成分の含有量を高めるように精製するバイオガス生成システム及びバイオガス生成方法に関するものである。
有機性廃棄物をメタン発酵することにより得られるバイオガスは、主にメタンガスと二酸化炭素を含んでおり、その割合は有機性廃棄物の性状によって異なるが、通常、メタンガスを５０〜６０体積％程度、二酸化炭素を４０〜５０体積％程度含有するものである。その他に硫化水素が約０．２体積％含まれている。このようにバイオガスに二酸化炭素が高濃度で含まれていることにより、バイオガスの燃料としての利用価値を低下させてしまっている。例えば、ガスエンジンを利用して発電を行う場合には、無処理のバイオガスでは二酸化炭素の含有量が多いためガスエンジンを安定して駆動させることができず、信頼性の点で問題があった。そのため、バイオガスを燃料として高効率・高信頼性の発電を行うためには二酸化炭素を低減除去することによりメタンガス成分の濃度を高め、バイオガスの高カロリー化を図ることが有効である。
二酸化炭素の除去方法（脱炭酸方法）としては、吸収剤を用いるＰＳＡ法のほか、二酸化炭素を吸収剤に吸収させる吸収処理方法が一般的に知られている。吸収剤には、塩基性に調整された液状の吸収液や二酸化炭素を選択的に吸着する固体状の吸収剤が用いられる。これらの吸収処理方法は、多量の吸収剤や副資材を必要とするため高コストであるとともに、設備が大型化するという問題がある。また、ＰＳＡ法も設備費、運転費が安価ではなく、実用的ではない。
また、二酸化炭素を放出することで再生可能な溶媒を吸収液として用いることにより、吸収液を循環再利用させることによって液使用量を削減することができる二酸化炭素の除去方法が報告されている（例えば、特許文献１参照）。しかし、この二酸化炭素除去方法においても除去工程では一定量の吸収液が常に必要であるとともに、二酸化炭素を吸収した後の吸収液から二酸化炭素を脱気させる工程としての減圧脱気処理装置が別途必要であり、設備の複雑化、高コスト化を招いていた。
また、二酸化炭素を選択的に吸着し、かつ再生可能な分子ふるい炭を吸収剤として用いてバイオガスから二酸化炭素を選択的に吸着除去する精製工程と、分子ふるい炭を再生する再生工程とを相互に実施するメタンガス精製方法が報告されている（例えば、特許文献２参照）。しかし、この精製方法では、二酸化炭素を吸着した分子ふるい炭を再生させる再生工程が別途必要であり、設備が複雑になってしまっていた。
本発明は、このような実状に鑑みなされたものであり、その目的は、簡易、かつ低コストでバイオガス中の二酸化炭素を取り除くことによって、メタンガス成分等の有効成分の含有量を高める（精製する）ことができるバイオガス生成システムおよびバイオガス生成方法を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明の第１の態様に係るバイオガス生成システムは、有機性廃棄物を発酵させてバイオガスを生成する発酵槽と、前記発酵槽より一部取り出した発酵液中の溶存二酸化炭素ガスを低減処理する発酵液ガス低減処理手段と、該発酵液ガス低減処理手段により処理されたガス低減発酵液を、前記バイオガスと気液接触させてバイオガス中の二酸化炭素を該ガス低減発酵液中に吸収させる気液接触手段と、を備えているものである。
本発明によれば、発酵槽より一部取り出した発酵液中の溶存二酸化炭素ガスを低減処理する。そして、溶存二酸化炭素が低減された発酵液である「ガス低減発酵液」を前記バイオガスと気液接触させて、バイオガス中の二酸化炭素を気液間の溶解平衡によって、当該「ガス低減発酵液」中に吸収させるように構成されている。従って、二酸化炭素吸収用の吸収剤などを用いること無く、発酵液自体を利用してバイオガス中の二酸化炭素を簡易、かつ低コストで取り除くことでき、以て有用成分の濃度を高めたバイオガスに精製することができる。
本発明の第２の態様に係るバイオガス生成システムは、有機性廃棄物を発酵させてバイオガスを生成する発酵槽と、該発酵槽から前記バイオガスが送られ、該バイオガスに対して脱硫処理を行う生物脱硫塔と、を備えたバイオガス生成システムであって、発酵槽より一部取り出した発酵液であって、生物脱硫塔内の温度より高い温度の発酵液中の溶存二酸化炭素ガスを低減処理する発酵液ガス低減処理手段を更に備え、該発酵液ガス低減処理手段により処理されたガス低減発酵液を前記生物脱硫塔に導入するように構成されているものである。
生物脱硫塔は、発酵槽で生成されたバイオガス中に含まれる硫化水素を、該生物脱硫塔内の担持部に担持されている硫黄酸化細菌と中性領域付近で接触させて硫酸にまで酸化して除く役割を成す。硫黄酸化細菌は水分、低次硫黄酸化物と養分の供給を得て活性化する。本発明は、硫黄酸化細菌を活性化するために供給する水分等として発酵液を利用すると共に、この発酵液を脱硫塔に供給するに際して二酸化炭素吸収能を高めた「ガス低減発酵液」として送ることで、バイオガス中の二酸化炭素を該「ガス低減発酵液」中に吸収して取り込めるようにしたものである。
すなわち本発明によれば、発酵槽より一部取り出した発酵液であって、生物脱硫塔内の温度より高い温度の該発酵液中の溶存二酸化炭素ガスを低減処理して二酸化炭素吸収能を高めている。このように二酸化炭素吸収能を高められたガス低減発酵液が生物脱硫塔に導入されると、その水分によって硫黄酸化細菌を活性化して発酵槽から送られたバイオガス中の硫化水素を硫酸にまで酸化すると同時に、該バイオガス中の二酸化炭素と気液接触して該二酸化炭素を当該ガス低減発酵液中に確実に吸収する。これにより、バイオガス中の二酸化炭素の含有量が減り、メタンガス等の有効成分の割合を簡単に高めることができる。
このように本発明によれば、二酸化炭素吸収用の吸収剤などを用いること無く、発酵液自体を利用してバイオガス中の二酸化炭素を簡易、かつ低コストで取り除くことでき、以て有用成分の濃度を高めたバイオガスに精製することができる。
このように本発明によれば、二酸化炭素吸収用の吸収剤などを用いること無く、発酵液自体を利用してバイオガス中の二酸化炭素を簡易、かつ低コストで取り除くことでき、以て有用成分の濃度を高めたバイオガスに精製することができる。
本発明の第３の態様に係るバイオガス生成システムは、第１の態様又は第２の態様において、前記発酵液ガス低減処理手段は、一部取り出した発酵液から二酸化炭素を放散させる放散手段を備えていることを特徴とするものである。
これにより、発酵液ガス低減処理手段の構造を平易化して容易に発酵液中に溶存する二酸化炭素の含有量を低減することができる。
これにより、発酵液ガス低減処理手段の構造を平易化して容易に発酵液中に溶存する二酸化炭素の含有量を低減することができる。
本発明の第４の態様に係るバイオガス生成システムは、第３の態様において、前記発酵液ガス低減処理手段は、前記発酵液を加熱して昇温する加熱手段を更に備えていることを特徴とするものである。
これにより、発酵液ガス低減処理手段による発酵液ガス低減処理において、効率的且つ確実に発酵液中に溶存する二酸化炭素の含有量を低減することができる。
これにより、発酵液ガス低減処理手段による発酵液ガス低減処理において、効率的且つ確実に発酵液中に溶存する二酸化炭素の含有量を低減することができる。
本発明の第５の態様に係るバイオガス生成システムは、第１の態様から第４の態様のいずれかの態様において、前記発酵液ガス低減処理手段は、発酵液に対して滅菌効果を発揮する温度以上で所定時間保持する構成を備えていることを特徴とするものである。
発酵液を液肥に利用する場合、該発酵液を７０℃で１時間或いは５５℃で６時間といった条件で加熱して滅菌処理する。本発明によれば、この滅菌処理の為の加熱工程を発酵液中の溶存二酸化炭素を低減する為の上記加熱工程に兼用することが可能であり、効率的である。
発酵液を液肥に利用する場合、該発酵液を７０℃で１時間或いは５５℃で６時間といった条件で加熱して滅菌処理する。本発明によれば、この滅菌処理の為の加熱工程を発酵液中の溶存二酸化炭素を低減する為の上記加熱工程に兼用することが可能であり、効率的である。
本発明の第６の態様に係るバイオガス生成方法は、有機性廃棄物を発酵槽で発酵させてバイオガスを生成し、前記発酵槽より一部取り出した発酵液中の溶存二酸化炭素ガスを低減処理し、該低減処理されたガス低減発酵液を、前記バイオガスと気液接触させてバイオガス中の二酸化炭素を該ガス低減発酵液中に吸収させて精製バイオガスを生成するものである。これにより第１の態様と同様の作用効果を得ることができる。
本発明の第７の態様に係るバイオガス生成方法は、有機性廃棄物を発酵槽で発酵させてバイオガスを生成し、該バイオガスを生物脱硫塔に通して脱硫処理を行って精製バイオガスを生成するバイオガス生成方法であって、発酵槽より一部取り出した発酵液であって、生物脱硫塔内の温度より高い温度の発酵液を脱二酸化炭素処理した後、前記生物脱硫塔に導入するものである。これにより第２の態様と同様の作用効果を得ることができる。
本発明によれば、二酸化炭素吸収用の吸収剤などを用いること無く、発酵液自体を利用してバイオガス中の二酸化炭素を簡易、かつ低コストで取り除くことでき、以て有用成分の濃度を高めたバイオガスに精製することができる。
本発明に係るバイオガス生成システムの一実施形態を図１及び図２に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明に係るバイオガス生成システムの一態様を示す概略構成図であり、図２は発酵液ガス低減処理装置の構成図である。
バイオガスには、メタン発酵によるもの、水素発酵によるもの等があるが、本発明はこれらの各発酵に同様に適用することができる。以下の説明ではメタン発酵によるバイオガス生成システムについて説明するが、水素発酵によるバイオガス生成システムの場合も、ほぼ同様のプロセス又はシステムとなる。
バイオガスには、メタン発酵によるもの、水素発酵によるもの等があるが、本発明はこれらの各発酵に同様に適用することができる。以下の説明ではメタン発酵によるバイオガス生成システムについて説明するが、水素発酵によるバイオガス生成システムの場合も、ほぼ同様のプロセス又はシステムとなる。
図１のバイオガス生成システムは、主要な構成要素として、バイオマスすなわち有機性廃棄物が送られて該有機性廃棄物を発酵させてバイオガス１と発酵液２を生成する発酵槽３と、該発酵槽３からバイオガスライン４を介して前記バイオガス１がその下部に送られ、該バイオガス１を硫黄酸化細菌と接触させて脱硫処理を行う生物脱硫塔５とを備えている。
更に、発酵槽３より取り出しライン６を介して一部取り出した発酵液７を、生物脱硫塔５内の温度より高い温度の発酵液中の溶存二酸化炭素ガスを低減処理する発酵液ガス低減処理装置８を備えている。該発酵液ガス低減処理装置８により処理されたガス低減発酵液９は、送りライン１０を介して循環液タンク１１に送られる。
該循環液タンク１１内のガス低減発酵液９は、導入ライン１２Ａを介して前記生物脱硫塔５内の上部の散液部１３に送られ、この散液部１３から塔内に散液され、その一部は戻りライン１２Ｂを介して循環液タンク１１に戻される。図１において符合３０は循環用ポンプ、符合３１は撹拌機を示す。このようにガス低減発酵液９は、循環液となって生物脱硫塔５内を循環し、担持部４０に担持されている硫黄酸化細菌４１と連続的に接触する。これにより、硫黄酸化細菌４１は活性化され、前記バイオガスライン４から塔内に送られるバイオガス１中の硫化水素に作用してそれを硫酸にまで酸化する。
同時に、散液部１３から塔内に散液されたガス低減発酵液９は、前記バイオガスライン４から塔内に送られるバイオガス１と気液接触する。これにより、バイオガス１中に含まれている二酸化炭素が二酸化炭素吸収能の高められた状態の当該ガス低減発酵液９中に吸収され、バイオガス１中の二酸化炭素の含有量が減り、メタンガス等の有効成分の含有量を高めた精製バイオガスを得ることができる。
具体的には、バイオガス１は生物脱硫塔５内に１分間以上好ましくは３分間以上保持され、バイオガス１の供給流量Ｇ（ｍ３）に対するガス低減発酵液の流量Ｌ（リットル）のＬ／Ｇ値は、０．１〜１００、好ましくは１〜５０に設定されている。尚、生物脱硫塔５は公知の充填塔又は棚段塔構造である。
循環液となったガス低減発酵液９の一部は、抜き出しライン５０を介して生物脱硫塔５の底部からスラリータンク６０内に抜き出されるようになっている。これにより上記硫酸も抜き出される。また、発酵液２のほとんども発酵槽３の底部から抜き出しライン５５を介してスラリータンク６０内に送られ、数ヶ月間貯留されるようになっている。
尚、生物脱硫塔５内に散液されたガス低減発酵液９は、循環液タンク１１による循環をせずに、生物脱硫塔５内の散液された後、該塔の底部から全量をスラリータンク６０に送るようにすることも可能である。これにより、二酸化炭素吸収能を常に高い状態にしておくことが出来る。この場合、循環液タンク１１は単なる一時的な貯留タンクになり、戻りライン１２Ｂは不要である。
次に、図２に基づいて本実施例の発酵液ガス低減処理装置８の構造を詳しく説明する。本実施例の発酵液ガス低減処理装置８は、前記発酵液７を加熱して昇温する加熱装置１４と、生物脱硫塔内の温度より高い温度の発酵液１７から二酸化炭素を放散させてガス低減発酵液９とする放散装置１５を備えている。更に加熱装置１４と放散装置１５の間にライン１６を介して設けられて加熱装置１４で加熱された状態の発酵液１７を一定時間保持する貯液タンク１８を備えている。該貯液タンク１８は発酵液に対して滅菌効果を発揮する温度以上で所定時間保持するように構成されている。
加熱装置１４は、発酵槽３より一部取り出した発酵液７を、生物脱硫塔５内の温度より高い温度に昇温するもので、前記発酵液７が生物脱硫塔５内の温度より低い場合は、該発酵液７を生物脱硫塔５内の温度より高い温度に加熱昇温し、前記発酵液７が生物脱硫塔５内の温度より高い場合は、その温度が生物脱硫塔５内の温度よりも下がらないように加熱保温するものである。該加熱装置１４は、本実施例では図示しないバイオガスコージェネレーションの熱水（８０℃程度）を利用した熱交換機１９で構成されている。勿論この熱交換機１９に限定されず、バイオガスを用いるボイラ等、他の加熱手段であってもよい。
放散装置１５は、生物脱硫塔内の温度より高い温度の発酵液１７から溶存二酸化炭素を放散させてガス低減発酵液９を得るもので、本実施例では充填塔や棚段塔等の気液接触機能を備えた二酸化炭素放散塔２０で構成されている。この二酸化炭素放散塔２０は、前記発酵液１７の散液部２１とブロア２２を備えており、該ブロア２２から供給する空気２３と散液部２１から散液された高温発酵液１７との気液接触による撹拌作用により、該発酵液１７中の溶存二酸化炭素が液外に放散される。該放散による二酸化炭素を含んだ空気は出口部２４から二酸化炭素放散塔２０外に排出される。発酵液１７から二酸化炭素を放散させたガス低減発酵液９は送りライン１０を介して循環液タンク１１に送られる。
具体的には、空気２３は、二酸化炭素放散塔２０内に１分間以上好ましくは３分間以上保持され、空気２３の供給流量Ｇ（ｍ３）に対する発酵液の流量Ｌ（リットル）のＬ／Ｇ値は、０．１〜１０に設定されている。尚、このＬ／Ｇ値の好ましい範囲は発酵液の種類や履歴によって異なる。
貯液タンク１８は、生物脱硫塔内の温度より高い温度の発酵液１７を一定時間保持して、発酵液に対して滅菌効果を発揮するように構成されている。図示しない保温手段が設けられている。本実施例では７０℃に昇温された発酵液１７を１分間貯留保持できるように構成されている。尚、５５℃で６時間貯留保持するようにしてもよい。該貯液タンク１８の容量設定の目安は、抜き出し発酵液量の１．５〜３倍が良く、例えば抜き出し液量が３０リットル／時ならば５０〜９０リットルである。
発酵槽３は、有機性廃棄物が供給部８０から槽内に供給される。有機性廃棄物は、発酵槽３内にて嫌気性雰囲気下でメタン発酵菌によってメタン発酵され、バイオガス１と発酵液２を生成する。発酵槽３内の温度は５５℃に設定され、高温メタン発酵を行うようになっている。有機性廃棄物の発酵槽３での滞留時間は例えば１５日間（槽容積／投入抜出量＝１５日）に設定される。
本発明で使用する有機性廃棄物（バイオマス）としては、例えば、生ごみ、排水処理汚泥、畜産廃棄物や緑農廃棄物などを挙げることができる。ここで、畜産廃棄物としては、家畜の糞尿や、屠体、その加工品が挙げられ、より具体的にはブタ、牛、羊、山羊、ニワトリなどの家畜の糞尿やこれらの屠体、そこから分離された骨、肉、脂肪、内臓、血液、脳、眼球、皮、蹄、角などのほか、例えば肉骨粉、肉粉、骨粉、血粉などに代表される家畜屠体の骨、肉等を破砕した破砕物や、血液などを乾燥した乾燥物も含まれる。その他の廃棄物としては、家庭の生ごみのほか、事業系生ごみとして農水産業廃棄物、食品加工廃棄物等が含まれる。なお、有機性廃棄物の状態により、必要に応じて前処理として破砕・分別工程を実施することができる。
次に、上記実施の形態の作用を説明する。
本実施の形態によれば、先ず発酵槽３より一部取り出した、生物脱硫塔５内の温度より高い温度の発酵液７を該発酵液１７中の溶存二酸化炭素ガスを低減処理して二酸化炭素吸収能を高めている。このように二酸化炭素吸収能を高められたガス低減発酵液９が生物脱硫塔５に導入されると、その水分によって硫黄酸化細菌４１を活性化して発酵槽３から送られたバイオガス１中の硫化水素を硫酸にまで酸化すると同時に、該バイオガス１中の二酸化炭素と気液接触して該二酸化炭素を当該ガス低減発酵液９中に確実に吸収する。これにより、バイオガス１中の二酸化炭素の含有量が減り、メタンガス等の有効成分の割合を簡単に高めることができる。
このように本実施の形態によれば、二酸化炭素吸収用の吸収剤などを用いること無く、発酵液自体を利用してバイオガス１中の二酸化炭素を簡易、かつ低コストで取り除くことでき、以て有用成分の濃度を高めたバイオガスに精製することができる。
本実施の形態によれば、先ず発酵槽３より一部取り出した、生物脱硫塔５内の温度より高い温度の発酵液７を該発酵液１７中の溶存二酸化炭素ガスを低減処理して二酸化炭素吸収能を高めている。このように二酸化炭素吸収能を高められたガス低減発酵液９が生物脱硫塔５に導入されると、その水分によって硫黄酸化細菌４１を活性化して発酵槽３から送られたバイオガス１中の硫化水素を硫酸にまで酸化すると同時に、該バイオガス１中の二酸化炭素と気液接触して該二酸化炭素を当該ガス低減発酵液９中に確実に吸収する。これにより、バイオガス１中の二酸化炭素の含有量が減り、メタンガス等の有効成分の割合を簡単に高めることができる。
このように本実施の形態によれば、二酸化炭素吸収用の吸収剤などを用いること無く、発酵液自体を利用してバイオガス１中の二酸化炭素を簡易、かつ低コストで取り除くことでき、以て有用成分の濃度を高めたバイオガスに精製することができる。
また、発酵液ガス低減処理装置８は、発酵液７に対して滅菌効果を発揮する温度以上で所定時間保持する構成である加熱装置１４と貯液タンク１８を備えているので、この滅菌処理の為の加熱工程部分を発酵液中の溶存二酸化炭素を低減する為の上記加熱工程部分に兼用することが可能であり、効率的である。
［他の実施の形態］
図３は、本発明に係るバイオガス生成システムの他の態様を示す概略構成図である。本態様では、加熱装置１４は液肥を作るための専用の加熱装置である。この液肥用の専用加熱装置１４で加熱された発酵液の一部を貯液タンクに送るように構成されている。その他の構成は、図１に示した態様と同様なので同一部分に同一符合を付してその説明は省略する。本態様においても図１の態様と同様の作用効果が得られる。
図３は、本発明に係るバイオガス生成システムの他の態様を示す概略構成図である。本態様では、加熱装置１４は液肥を作るための専用の加熱装置である。この液肥用の専用加熱装置１４で加熱された発酵液の一部を貯液タンクに送るように構成されている。その他の構成は、図１に示した態様と同様なので同一部分に同一符合を付してその説明は省略する。本態様においても図１の態様と同様の作用効果が得られる。
図１及び図３に示した上記実施の形態では、二酸化炭素吸収能を高めたガス低減発酵液９を生物脱硫塔５内に導入して、該塔内でバイオガス１と気液接触させたが、生物脱硫塔とは別にバイオガス中の二酸化炭素吸収の為の専用の気液接触塔を設けて行うことも可能である。このようにするとガス低減発酵液中に硫酸が増えないので、液肥への利用がし易くなる。
＜実施例１＞
搾乳牛糞尿を中心とするバイオマスを４ｔ／日の供給量で、容量６０ｍ３の発酵槽３に送り、抜き出し発酵液７の量を０．７ｍ３／日、７０℃且つ１時間の加熱保持をした後、容量１００リットルの循環液タンクに送り、ガス低減発酵液９を生物脱硫塔５内に、循環流量１０リットル／分で循環させた。生物脱硫塔５内に送り込まれるバイオガス１（メタンガス：約５０体積％、二酸化炭素：約５０体積％）の流量は１４０ｍ３／日であった。尚、発酵槽３から容量８００ｍ３のスラリータンク６０に発酵液２が３．３ｍ３／日で送られた。このとき、精製バイオガス中の硫化水素濃度は０ｐｐｍであり、メタンガス濃度は約６５体積％、二酸化炭素濃度は約３５体積％であった。
搾乳牛糞尿を中心とするバイオマスを４ｔ／日の供給量で、容量６０ｍ３の発酵槽３に送り、抜き出し発酵液７の量を０．７ｍ３／日、７０℃且つ１時間の加熱保持をした後、容量１００リットルの循環液タンクに送り、ガス低減発酵液９を生物脱硫塔５内に、循環流量１０リットル／分で循環させた。生物脱硫塔５内に送り込まれるバイオガス１（メタンガス：約５０体積％、二酸化炭素：約５０体積％）の流量は１４０ｍ３／日であった。尚、発酵槽３から容量８００ｍ３のスラリータンク６０に発酵液２が３．３ｍ３／日で送られた。このとき、精製バイオガス中の硫化水素濃度は０ｐｐｍであり、メタンガス濃度は約６５体積％、二酸化炭素濃度は約３５体積％であった。
＜実施例２＞
実施例１と同じく搾乳牛糞尿を中心とする畜産廃棄物約７０ｔ／日を処理するバイオガスプラントにおいて、本発明を用いたバイオガスの脱硫および二酸化炭素を吸収する高カロリー化の試験を実施した。本プラントの発酵槽３は５５℃の高温発酵方式である。
畜産廃棄物（搾乳牛糞尿）を約７０ｔ／日の供給量で、容量９８０ｍ３の発酵槽３に送り、抜き出し発酵液７の量を１５ｍ３／日とした。該抜き出し発酵液７を５５℃に保温し、大気と接触した状態で孔径約４ｍｍのメッシュスクリーンを用いて塊状物を取り除き、抜き出し発酵液７中の溶存二酸化炭素ガスを放散させたのち、ガス低減発酵液９として容量３００リットルの循環液タンクに送り、該ガス低減発酵液９を生物脱硫塔５内に循環させた。生物脱硫塔５内にガス低減発酵液９を循環させるための生物脱硫塔循環液用のポンプを、出力の異なる２種類を準備し（実施例２−１：０．２５ｋＷ、実施例２−２：０．４ｋＷ）、それぞれの循環液量における精製バイオガス中の硫化水素濃度およびメタンガス濃度を測定し、バイオガスエンジンの出力の差を検討した。また、比較例では、抜き出し発酵液７を大気と接触させずに塊状物を取り除き、抜き出し発酵液７中の溶存二酸化炭素ガスを放散させていない発酵液を、生物脱硫塔５内に循環させた。生物脱硫塔５内に送り込まれるバイオガス１の流量（メタンガス：約５５体積％、二酸化炭素：約４５体積％、硫化水素濃度：約３０００ｐｐｍ）は２４００ｍ３／日である。実施例２における試験結果を表１に示す。
実施例１と同じく搾乳牛糞尿を中心とする畜産廃棄物約７０ｔ／日を処理するバイオガスプラントにおいて、本発明を用いたバイオガスの脱硫および二酸化炭素を吸収する高カロリー化の試験を実施した。本プラントの発酵槽３は５５℃の高温発酵方式である。
畜産廃棄物（搾乳牛糞尿）を約７０ｔ／日の供給量で、容量９８０ｍ３の発酵槽３に送り、抜き出し発酵液７の量を１５ｍ３／日とした。該抜き出し発酵液７を５５℃に保温し、大気と接触した状態で孔径約４ｍｍのメッシュスクリーンを用いて塊状物を取り除き、抜き出し発酵液７中の溶存二酸化炭素ガスを放散させたのち、ガス低減発酵液９として容量３００リットルの循環液タンクに送り、該ガス低減発酵液９を生物脱硫塔５内に循環させた。生物脱硫塔５内にガス低減発酵液９を循環させるための生物脱硫塔循環液用のポンプを、出力の異なる２種類を準備し（実施例２−１：０．２５ｋＷ、実施例２−２：０．４ｋＷ）、それぞれの循環液量における精製バイオガス中の硫化水素濃度およびメタンガス濃度を測定し、バイオガスエンジンの出力の差を検討した。また、比較例では、抜き出し発酵液７を大気と接触させずに塊状物を取り除き、抜き出し発酵液７中の溶存二酸化炭素ガスを放散させていない発酵液を、生物脱硫塔５内に循環させた。生物脱硫塔５内に送り込まれるバイオガス１の流量（メタンガス：約５５体積％、二酸化炭素：約４５体積％、硫化水素濃度：約３０００ｐｐｍ）は２４００ｍ３／日である。実施例２における試験結果を表１に示す。
比較例において生物脱硫塔５内に循環させた、抜き出し発酵液７中の溶存二酸化炭素ガスを放散させていない発酵液は、溶存二酸化炭素濃度が飽和状態であるため、二酸化炭素吸収能がほとんど無く、生物脱硫塔５内に送り込まれたバイオガス１と、精製バイオガス中のメタン濃度と二酸化炭素濃度の割合はほとんど変化しない。比較例１の精製バイオガスを用いたガスエンジン平均出力は約１６０ｋＷであった。
比較例と同量のガス低減発酵液９を生物脱硫塔５内に循環させた実施例２−１では、バイオガス１中の二酸化炭素が該ガス低減発酵液９に吸収されることによって、精製バイオガス中のメタン濃度は約６５体積％まで高められ、ガスエンジン平均出力は比較例よりも３ｋＷ向上した。
実施例２−１よりも高出力のポンプを用い、生物脱硫塔５内に送るガス低減発酵液９量を増加した実施例２−２では、ガス低減発酵液９によって吸収される二酸化炭素量も多くなり、精製バイオガス中のメタン濃度は更に高められ、メタン濃度が約８０体積％の精製バイオガスが得られた。実施例２−２で得られた精製バイオガスのガスエンジン平均出力は約１６６ｋＷであり、比較例よりも高出力のポンプ（０．４ｋＷ）を用いたことによる消費エネルギー増加分（＋０．１５ｋＷ）を差し引いても、約５．８５ｋＷのガスエンジン平均出力が増加する。
尚、精製バイオガス中のメタン濃度を約８０体積％以上に高めても、ガスエンジン平均出力の増加は収束するため、メタン濃度が約８０体積％の精製バイオガスが効率よく得られるように生物脱硫塔５内に送るガス低減発酵液９量を設定すれば、エネルギー効率がよい。
尚、精製バイオガス中のメタン濃度を約８０体積％以上に高めても、ガスエンジン平均出力の増加は収束するため、メタン濃度が約８０体積％の精製バイオガスが効率よく得られるように生物脱硫塔５内に送るガス低減発酵液９量を設定すれば、エネルギー効率がよい。
本発明は、有機性廃棄物のメタン発酵等により得られるバイオガスを処理して可燃性成分であるメタンガス成分等の有効成分の含有量を高めるように精製するバイオガス生成システム及びバイオガス生成方法に利用可能である。
１ バイオガス
２ 発酵液
３ 発酵槽
４ バイオガスライン
５ 生物脱硫塔
７ 一部取り出した発酵液
８ 発酵液ガス低減処理装置
９ ガス低減発酵液
１１ 循環液タンク
１３ 散液部
１４ 加熱装置
１５ 放散装置
１７ 高温発酵液
１８ 貯液タンク
２０ 二酸化炭素放散塔
２ 発酵液
３ 発酵槽
４ バイオガスライン
５ 生物脱硫塔
７ 一部取り出した発酵液
８ 発酵液ガス低減処理装置
９ ガス低減発酵液
１１ 循環液タンク
１３ 散液部
１４ 加熱装置
１５ 放散装置
１７ 高温発酵液
１８ 貯液タンク
２０ 二酸化炭素放散塔
Claims (7)
- 有機性廃棄物を発酵させてバイオガスを生成する発酵槽と、
前記発酵槽より一部取り出した発酵液中の溶存二酸化炭素ガスを低減処理する発酵液ガス低減処理手段と、
該発酵液ガス低減処理手段により処理されたガス低減発酵液を、前記バイオガスと気液接触させてバイオガス中の二酸化炭素を該ガス低減発酵液中に吸収させる気液接触手段と、を備えているバイオガス生成システム。 - 有機性廃棄物を発酵させてバイオガスを生成する発酵槽と、
該発酵槽から前記バイオガスが送られ、該バイオガスに対して脱硫処理を行う生物脱硫塔と、を備えたバイオガス生成システムであって、
発酵槽より一部取り出した発酵液であって、生物脱硫塔内の温度より高い温度の発酵液中の溶存二酸化炭素ガスを低減処理する発酵液ガス低減処理手段を更に備え、該発酵液ガス低減処理手段により処理されたガス低減発酵液を前記生物脱硫塔に導入するように構成されているバイオガス生成システム。 - 請求項１又は２において、前記発酵液ガス低減処理手段は、一部取り出した発酵液から二酸化炭素を放散させる放散手段を備えていることを特徴とするバイオガス生成システム。
- 請求項３において、前記発酵液ガス低減処理手段は、前記発酵液を加熱して昇温する加熱手段を更に備えていることを特徴とするバイオガス生成システム。
- 請求項１から４のいずれか１項において、前記発酵液ガス低減処理手段は、発酵液に対して滅菌効果を発揮する温度以上で所定時間保持する構成を備えていることを特徴とするバイオガス生成システム。
- 有機性廃棄物を発酵槽で発酵させてバイオガスを生成し、前記発酵槽より一部取り出した発酵液中の溶存二酸化炭素ガスを低減処理し、該低減処理されたガス低減発酵液を、前記バイオガスと気液接触させてバイオガス中の二酸化炭素を該ガス低減発酵液中に吸収させて精製バイオガスを生成するバイオガス生成方法。
- 有機性廃棄物を発酵槽で発酵させてバイオガスを生成し、該バイオガスを生物脱硫塔に通して脱硫処理を行って精製バイオガスを生成するバイオガス生成方法であって、
発酵槽より一部取り出した発酵液であって、生物脱硫塔内の温度より高い温度の発酵液を脱二酸化炭素処理した後、前記生物脱硫塔に導入するバイオガス生成方法。
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