JP2016108382A

JP2016108382A - バイオガス製造システム

Info

Publication number: JP2016108382A
Application number: JP2014244870A
Authority: JP
Inventors: 向一西川; Koichi Nishikawa; 安佐美齋藤; Asami Saito
Original assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Current assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Priority date: 2014-12-03
Filing date: 2014-12-03
Publication date: 2016-06-20

Abstract

【課題】メタン発酵によりバイオガスを製造するに際して、メタンを含むオフガスの排出量を大幅に低減する。【解決手段】メタン発酵によりバイオガスを発生するメタン発酵槽と、当該メタン発酵槽に接続され、当該メタン発酵槽で発生したバイオガスに含まれる二酸化炭素をメタンに変換する第１のメタネーション反応部とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、メタン発酵を利用したバイオガス製造システムに関する。

最近では、地球温暖化防止の観点から、化石燃料に代わる新エネルギーの開発が進められている。その一つとして、生ゴミや活性汚泥槽から排出される余剰汚泥、さらには家畜糞尿も含めた有機系廃棄物からのメタン発酵によるサーマルリサイクルが対象とされている。このようなメタン発酵により生成されるバイオガスは、一般に、メタン約６０％、二酸化炭素約４０％という組成である。メタン発酵により生成されたバイオガスを、例えば都市ガスレベルに精製するには、メタンをより高濃度（例えば９８％）に精製する必要がある。

メタン発酵により生成したバイオガスは、圧力変動吸着法（PSA (Pressure Swing Adsorption)法）などの精製技術により、比較的に高濃度のメタンを含むガスと、比較的に低濃度のメタンを含むガスとに分離される。そして、比較的に低濃度のメタンを含むガスについては、オフガスとしてバイオガス製造システム外に排出するか、燃焼によりメタンを二酸化炭素に変換し排出していた。オフガスについては、メタンの温暖化係数が二酸化炭素のそれよりも高いため、メタンの除去が望ましいといえる。また、二酸化炭素についても地球温暖化ガスであることから、排出量がより少ないことが望ましいとされる。

例えば、特許文献１には、有機廃棄物を原料としたメタン発酵により生成した二酸化炭素を水素と反応させることで炭素と水に分解する技術が開示されている。特許文献１に開示された技術は、メタン発酵により生成した二酸化炭素を固定することで大気中への排出を抑えるものである。なお、特許文献１において、二酸化炭素を水と炭素に分解する際に使用する水素は、メタン発酵により生成したメタンを分解することによって得ている。このように特許文献１は、メタン発酵により生成するメタンをバイオガスとして利用する技術ではなく、メタン発酵により生成する二酸化炭素の固定を目的とする技術である。

一方、二酸化炭素をメタンに変換する技術としては、例えば、特許文献２を挙げることができる。特許文献２には、燃焼炉の排ガスから二酸化炭素を分離し、分離した二酸化炭素をメタンに改質して得られた還元ガスを高炉に吹き込む技術が開示されている。特許文献２に開示された技術は、燃焼炉の排ガス組成に一酸化炭素を含まないことに着目したものであり、窒素や水から二酸化炭素を分離する。したがって、特許文献２に開示された技術は、メタン発酵による発生したバイオガスに含まれる二酸化炭素をメタネーションする技術に応用できるものとは言えない。

特開平１１−１２８６８２号公報特開２０１４−５５１０号公報

そこで、本発明は、上述した実情に鑑み、メタン発酵によりバイオガスを製造するに際して、メタンを含むオフガスの排出量を大幅に低減することができるバイオガス製造システムを提供することを目的とする。

上述した目的を達成するため、本発明者らが鋭意検討した結果、メタン発酵槽で発生したバイオガスをメタネーション反応部に供給し、メタネーション反応部においてバイオガスに含まれる二酸化炭素をメタンに変換することで、オフガス排出量を大幅に低減できることを見いだし、本発明を完成するに至った。

本発明は以下を包含する。
（１）メタン発酵によりバイオガスを発生するメタン発酵槽と、当該メタン発酵槽に接続され、当該メタン発酵槽で発生したバイオガスに含まれる二酸化炭素をメタンに変換する第１のメタネーション反応部とを備えるバイオガス製造システム。
（２）上記メタン発酵槽に接続され、当該メタン発酵槽で発生したバイオガスを、メタンを比較的に高濃度で含む第１のガスと、メタンを比較的に低濃度で含む第２のガスとに分離する分離部を更に備え、上記分離部で分離した第２のガスを上記第１のメタネーション反応部に導入することを特徴とする（１）記載のバイオガス製造システム。
（３）上記第１のメタネーション反応部に接続され、上記メタン発酵槽の発酵液から水分を分離する発酵液処理部を更に備え、上記発酵液処理部で分離した水分を上記第１のメタネーション反応部へ供給することを特徴とする（１）記載のバイオガス製造システム。
（４）上記発酵液処理部に接続され、当該発酵液処理部で生成した水素ガス及び二酸化炭素をメタンに変換する第２のメタネーション反応部を更に備えることを特徴とする（３）記載のバイオガス製造システム。
（５）上記発酵液処理部で生成した水素ガス及び/又は二酸化炭素を上記第１のメタネーション反応部にてメタンに変換することを特徴とする（３）記載のバイオガス製造システム。
（６）上記分離部は、分離膜を有する分離装置であることを特徴とする（２）記載のバイオガス製造システム。

本発明に係るバイオガス製造システムによれば、メタン発酵槽で発生したバイオガスに含まれる二酸化炭素をメタネーションによりメタンへ変換する。したがって、本発明に係るバイオガス製造システムは、原料からのメタン生産性が大幅に向上するとともに、オフガス量を大幅に低減することができる。

本発明を適用したバイオガス製造システムの一例を示す概要図である。本発明を適用したバイオガス製造システムの他の例を示す概要図である。本発明を適用したバイオガス製造システムの他の例を示す概要図である。本発明を適用したバイオガス製造システムの他の例を示す概要図である。本発明を適用したバイオガス製造システムの他の例を示す概要図である。本発明を適用したバイオガス製造システムの他の例を示す概要図である。

以下、本発明に係るバイオガス製造システムを、図面を参照して詳細に説明する。

本発明を適用したバイオガス製造システムは、例えば図１に示すように、主としてメタン発酵槽１と第１のメタネーション反応部２とから構成されている。メタン発酵槽１には、有機系廃棄物、あるいは有機系廃水等の有機物を含有する処理対象物を供給するための導入管３、及び被処理液抜き取りのための送出管４が配設されている。また、図１は示さないが、メタン発酵槽１には、内部に張り込まれた処理対象物を撹拌する撹拌手段を備えていても良い。撹拌手段としては、撹拌翼を有する機械攪拌装置もしくは槽内液循環装置等の処理対象物を混合できるものであれば如何なる手段でもよい。さらに、図１には示さないが、バイオガス製造システムは、送出管４から抜き取った被処理液の固液分離を行う脱水機を備えていても良い。

また、図１に示すバイオガス製造システムは、メタン発酵槽１の上部に接続されてメタン発酵槽１で生成したバイオガスを排出する排出ライン５と、排出ライン５を介してメタン発酵槽１と接続された分離部６と、分離部６で分離されたガスを排出する第１のライン７及び第２のライン８とを備えている。図１に示すバイオガス製造システムでは、第１のメタネーション反応部２が第２ライン８上に配設されている。なお、バイオガス製造システムは、図示しないが、分離部６から第１ライン７を介して排出されるガス及び第１のメタネーション反応部２から排出されるガスを貯留するタンクを備えていても良い。

バイオガス製造システムにおいて、メタン発酵槽１は、内部に投入された有機系廃棄物や、有機系廃水等に含まれる有機物をメタン生成細菌等により分解してメタンや、二酸化炭素等のバイオガスを発生するメタン発酵を行なうことができる。メタン発酵槽１内で行なわれるメタン発酵は、中温メタン発酵、高温メタン発酵を問わずいずれの方法によるものであってもよい。例えば、ＢＯＤ（生化学的酸素要求量）として数万ｐｐｍの液を酸化還元電位で−３００〜−４００ｍＶの嫌気状態にし、５１〜５５℃に保つものであってもよい。このような嫌気状態により、絶対嫌気性細菌であるメタン生成細菌の活性化が図られ、有機物１ｋｇ当たり、３００〜１０００Ｌのバイオガスが生成される。

なお、有機系廃水、有機系廃棄物とは、生ゴミや家畜糞尿、種々の食品工場の食品から廃棄される有機物を含んだ排水、大豆煮汁、有機系廃棄物や、ウィスキーや焼酎の蒸留廃液、ビール製造工程から排出されるトルーブ廃水等有機系の廃水や、廃棄物、あるいは、これらの工場から排出される有機物を活性汚泥法といわれる好気性処理により処理した余剰汚泥等いずれのものも含まれる。使用するメタン発酵槽１の形式としては、特に限定されるものではなく、ガス攪拌型リアクターに限らず機械攪拌型リアクター等からなる縦型円筒リアクター、及び横型円筒リアクターや卵形消化槽、さらにはＵＡＳＢ（upflow anaerobic sludge-blanket）リアクター、固定床型リアクター、流動床型リアクター等、いずれのものであっても適用することができる。

ここで、バイオガスは、メタンとメタン以外の不純物とを含むガスである。不純物としては、硫化水素、アンモニア、二酸化炭素、揮発性有機化合物（Volatile Organic Compounds）及びキロキサン等を挙げることができる。一例として、メタン発酵により生成したバイオガス組成は、メタンが約６０％、二酸化炭素が約４０％となっており、その他硫化水素、アンモニア及び水といった微量成分が含まれている。ただし、メタン以外の不純物の含有割合は、特に限定されず、如何なる割合で含まれていても良い。このようなバイオガスの発生量や、バイオガス中のメタンや不純物の含有量の測定は、半導体センサー、固体電解質センサー、絶縁体センサー、圧電体センサー、接触燃焼式センサー、光学式センサー、電気化学式センサー等いずれのガスセンサーによって行なわれてもよく、ガスクロマトグラフィーあるいは、ガス検知管により測定してもよい。但し、メタン発酵により発生したバイオガス中に含まれる不純物のなかでも、特にアンモニアは極微量であり、これらセンサーによる検出限界以下の濃度で含まれる場合もある。

バイオガス製造システムにおいて、第１のメタネーション反応部２は、バイオガス中に含まれる二酸化炭素をメタンに変換する機能を有する装置である。より具体的に第１のメタネーション反応部２では、光触媒を用いたメタネーション反応又は金属触媒を用いたメタネーション反応が行われる。

メタネーション反応を可能とする光触媒としては、特に限定されないが、例えば層状複水酸化物（LDH）、TiO₂、SiO₂及びリン酸ニオブといった材料を主成分とするものを挙げることができる。光触媒を用いたメタネーション反応では、バイオガスに含まれる二酸化炭素と水とが反応するが、バイオガスに含まれる水が不足する場合には別途水が供給されることとなる。また、光触媒を用いたメタネーション反応の反応条件としては、各光触媒が吸収できる範囲の波長をもつ光を照射する、気相系で反応を行う場合は水をバブリングし必要であれば加温する、液相系で反応を行う場合は水中に光触媒を分散し撹拌しながら光照射するといった条件を挙げることができる。なお、光触媒を用いたメタネーション反応については、参考文献：勝又、「層状複水酸化物を用いた光触媒的二酸化炭素光還元」、Journal of the Society of Inorganic Materials, Japan、21、370、204-209、2014；根岸、竹内、長縄、田中、「金属担持TiO₂薄膜光触媒によるCO₂の還元反応」、触媒討論会討論会A予稿集、82nd、23、1998；Y.Li, W. Wang, Z.Zhan, M.Woo, C.Wu, P.Biswas, ‘Photocatalytic reduction of CO₂ with H₂O on mesoporous silica supported Cu/TiO₂ catalysts’, Applied Catalysis. B: Environmental, 100, 1-2, 386-392, 2010；内田、高田、西山、佐藤、原田、井上、「d0電子状態の助触媒担持リン酸ニオブ光触媒によるCO₂還元反応」、触媒討論会討論会A予稿集、110th、544、2012等に詳細に記載されており、これを参照して実施することもできる。

一方、メタネーション反応を可能とする金属触媒としては、特に限定されないが、例えばＮｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｃｕ、Ｗ、Ｃｓ、Ｋ、Ｎａ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｂａ、Ｓｒ及びＬｉからなる群より選択される１種以上の金属を挙げることができる。特に、金属触媒としては、Ｎｉ及び／又はＲｈを使用した金属触媒が好ましい。金属触媒を用いたメタネーション反応の反応条件としては、例えばガスの温度を220℃以上510℃以下の範囲とする条件、圧力を0〜4.9MPaとし、SV（Space Velocity）を300〜10000とする、反応で生成する水をドレンとして除去する、反応速度が非常に速い発熱反応であるため、二酸化炭素と水素のバッファーとして窒素を流すといった条件を挙げることができる。なお、図示しないが、金属触媒を用いたメタネーション反応においては、バイオガスに含まれる二酸化炭素と反応する水素ガスが別途供給されることとなる。

図１に示すバイオガス製造システムにおいて分離部６は、メタン発酵槽１で生成されたバイオガスを、メタンを比較的に高濃度で含む第１のガスと、メタンを比較的に低濃度で含む第２のガスとに分離するものである。分離部６におけるガス分離方式としては、バイオガスを上記第１のガスと上記第２のガスとに分離できれば特に限定されないが、例えば、分離膜を用いた膜分離方式、高圧水吸収方式、圧力変動吸着（PSA）方式、化学吸収方式、深冷分離方式を挙げることができる。

分離膜を用いた膜分離方式とは、一例として、ナノ細孔を有する炭素膜を用い、ナノ細孔を通過する二酸化炭素とナノ細孔を通過できないメタンとを分離する方式である。すなわち、ナノ細孔を有する炭素膜を用いることで、当該炭素膜を通過しないガスを第１のガスとし、当該炭素膜を通過したガスを第２のガスとして分離することができる。その他にも分離膜としては、ポリイミド、ポリスルホンなどのような高分子膜、ゼオライトなどのようなセラミック膜、炭酸分離可能なイオン液体を塗布したイオン液体膜等を使用することができる。

高圧水吸収方式とは、バイオガスに圧力をかけることで二酸化炭素や硫化水素といった成分を水に溶けやすくし、メタン濃度を高める技術である。また、圧力変動吸着方式とは、ゼオライトや活性炭などの多孔質の吸着剤を用い、高圧力下で吸着剤に二酸化炭素を吸着させることでメタン濃度を高めて第１ガスを生成し、吸着剤を低い圧力下におくことで二酸化炭素を脱着させて第２のガスを生成するものである。さらに、化学吸収方式とは、アルカリ性溶液を吸収液として利用し、二酸化炭素を化学反応によって吸収液に選択的に吸収させることでメタン濃度を高めて第１ガスを生成し、その吸収液を加熱することにより、二酸化炭素を放出させることで第２のガスを生成するものである。深冷分離方式とは、混合ガスを冷却して液化させ、各ガスが凝縮する際の温度の違いを利用し、蒸留あるいは部分凝縮により第１のガスを生成し、非凝縮状態の第２のガスを生成する。

特に、分離部６としては、膜分離技術を適用したものが好ましい。膜分離技術を適用することによって、設備費及び運転費を低くすることができ、精製ガスの製造コストを抑制することができる。これは膜分離方式には、バイオガスを加熱や加圧する設備及びエネルギーが必要ないからである。

以上のように構成されたバイオガス製造システムでは、先ず、メタン発酵槽１内でメタン発酵が進行し、これに伴って発生したバイオガスが排出ライン５を介して分離部６に供給される。分離部６では、メタンを比較的に高濃度で含む第１のガスと、メタンを比較的に低濃度で含む第２のガスとに分離する。第１のガスは、メタンを高濃度で含むガスであり、第１のラインを介して図示しない貯留タンク等に供給される。また、第２のガスは、第２のラインを介して第１のメタネーション反応部２に供給される。第１のメタネーション反応部２に供給された第２のガスに含まれる二酸化炭素は、メタネーション反応によりメタンに変換され、第１のガスと同様に図示しない貯留タンク等に供給される。

このように、バイオガス製造システムによれば、メタン発酵により生じたバイオガスに含まれる二酸化炭素を利用してメタンを製造する。したがって、本発明を適用したバイオガス製造システムでは、原料からのメタン生産効率を大幅に向上させることができる。通常、メタン発酵により生成したバイオガスは、所定のメタン濃度となるようにメタンを分離・濃縮した後、二酸化炭素及び微量のメタンを含むガスをオフガスとして排出していた。しかしながら、本発明を適用したバイオガス製造システムでは、二酸化炭素を利用するためオフガス量をゼロにできるか、オフガス量を大幅に削減することができる。また、通常、オフガスが二酸化炭素及び微量のメタンを含む場合には、オフガスに含まれるメタン等を燃焼した後に排出していた。本発明を適用したバイオガス製造システムによれば、オフガスの燃焼が不要となるため、オフガス燃焼に必要な助燃材に係るコストを削減することができる。

ところで、本発明を適用したバイオガス製造システムは、図１に示す具体的な構成に限定されず、例えば、図２に示すように、分離部６を有しない構成であってもよい。すなわち、図２に示すバイオガス製造システムでは、メタン発酵槽１と第１のメタネーション反応部２とが排出ライン５を介して直接連結された構成である。図２に示すバイオガス製造システムによれば、メタン発酵によって生じたバイオガスが排出ライン５を介して第１のメタネーション反応部２に供給される。バイオガスに約４０％含まれる二酸化炭素は、第１のメタネーション反応部２にてメタンに変換され、元々バイオガスに含まれていたメタンとともに、図示しない貯留タンク等に供給される。このように、図２に示したバイオガス製造システムでもまた、バイオガスに含まれる二酸化炭素を利用してメタンを製造できるため、原料からのメタン生産効率を大幅に向上させることができる。図２に示したバイオガス製造システムでもまた、バイオガスに含まれる二酸化炭素を利用するため、オフガス量をゼロにできるか、オフガス量を大幅に削減することができる。なお、図２に示すバイオガス製造システムにおいては、図示しないが、第１のメタネーション反応部２と接続され、第１のメタネーション反応部２にて反応した後のバイオガスを、メタンを比較的に高濃度で含むガスと、メタンを比較的に低濃度で含むガスとに分離する分離部を備えていても良い。

また、本発明を適用したバイオガス製造システムは、図３に示すように、メタン発酵槽１内であって、メタン発酵により生じたバイオガスを溜めることができる空間部９に第１のメタネーション反応部２を配設した構成であっても良い。図３に示すバイオガス製造システムによれば、メタン発酵によって生じたバイオガスがメタン発酵槽１の空間部９に滞留する。これにより、バイオガスに約４０％含まれる二酸化炭素は、第１のメタネーション反応部２にてメタンに変換され、元々バイオガスに含まれていたメタンとともに、排出ライン５を介して図示しない貯留タンク等に供給される。このように、図３に示したバイオガス製造システムでもまた、バイオガスに含まれる二酸化炭素を利用してメタンを製造できるため、原料からのメタン生産効率を大幅に向上させることができる。図３に示したバイオガス製造システムでもまた、バイオガスに含まれる二酸化炭素を利用するため、オフガス量をゼロにできるか、オフガス量を大幅に削減することができる。なお、図３に示したバイオガス製造システムの第１のメタネーション反応部２において、光触媒でメタネーション反応する場合、第１のメタネーション反応部２に対して光照射が可能な構成とすることが好ましい。例えば、メタン発酵槽１の天井部をガラス部材とする、或いはLED等の光照射手段をメタン発酵槽１内に配設するといった手段を採用することができる。

さらに、本発明を適用したバイオガス製造システムは、図４に示すように、メタン発酵槽１と連結され、メタン発酵後の被処理液（消化液とも称される）が送出管４を介して供給される発酵液処理部１０と、発酵液処理部１０と第１のメタネーション反応部２とを連結する第３のライン１１とを備えるバイオガス製造システムであってもよい。図４に示すバイオガス製造システムは、発酵液処理部１０と第３のライン１１とを備える以外、図１に示したバイオガス製造システムと同じ構成である。

ここで、発酵液処理部１０とは、メタン発酵後の消化液から水を分離できる機能を有するものである。発酵液処理部１０としては、例えば、消化液をため込む処理槽と、処理槽内の消化液に空気を導入する空気導入管とを備え、消化液を通過した空気に水分を含ませ、第３のライン１１を介して第１のメタネーション反応部２に水分を含む空気を供給する装置を使用することができる。

また、発酵液処理部１０としては、消化液をため込む処理槽と、処理槽内の消化液を加熱する加熱手段とを備え、消化液を加熱することで水分を含む気体を、第３のライン１１を介して第１のメタネーション反応部２に供給する装置を使用することができる。

さらに、発酵液処理部１０としては、消化液をため込む処理槽と、処理槽内の消化液に対して曝気処理する曝気手段とを備え、消化液を曝気することで浄化し、浄化後の消化液を、第３のライン１１を介して第１のメタネーション反応部２に供給する装置を使用することができる。

さらにまた、発酵液処理部１０としては、消化液をため込む処理槽を備え、処理槽内で消化液に凝集剤を添加し、凝集沈殿作用により消化液を浄化し、浄化後の消化液を、第３のライン１１を介して第１のメタネーション反応部２に供給する装置を使用することができる。

このように、図４に示したバイオガス製造システムでもまた、バイオガスに含まれる二酸化炭素を利用してメタンを製造できるため、原料からのメタン生産効率を大幅に向上させることができる。そして、図４に示したバイオガス製造システムでもまた、バイオガスに含まれる二酸化炭素を利用するため、オフガス量をゼロにできるか、オフガス量を大幅に削減することができる。特に、図４に示したバイオガス製造システムによれば、第１のメタネーション反応部２に対して、メタネーション反応に必要な水を供給することができる。

さらに、本発明を適用したバイオガス製造システムは、図５に示すように、発酵液処理部１０に第４のライン１２を介して接続されるとともに分離部６と第２のライン８を介して接続された第２のメタネーション反応部１３を備えるバイオガス製造システムであってもよい。図５に示すバイオガス製造システムは、第２のメタネーション反応部１３を備える以外、図４に示したバイオガス製造システムと同じ構成である。ただし、図５に示したバイオガス製造システムにおいて発酵液処理部１０は、消化液を電気分解処理する或いは浄化して得られた水を光触媒により酸素と水素に分解処理するものである。また、第２のメタネーション反応部１３は、上述した第１のメタネーション反応部２と同様に、二酸化炭素をメタンに変換する機能を有する装置であり、金属触媒を用いたメタネーション反応を行う装置である。

図５に示したバイオガス製造システムにおいて、発酵液処理部１０は、消化液を電気分解することにより水素を含むガスを生成する。生成したガスは、第４のライン１２を介して第２のメタネーション反応部１３に供給される。また、図５に示したバイオガス製造システムでは、分離部６に接続された第２ライン８が分岐して第１のメタネーション反応部２及び第２のメタネーション反応部１３に第２のガスを供給する。よって、図５に示したバイオガス製造システムでは、第２のメタネーション反応部１３に対して、分離部６にて分離された第２のガスと、発酵液処理部１０で生成したガスとが供給される。第２のメタネーション反応部１３では、第２のガスに含まれる二酸化炭素と発酵液処理部１０で生成したガスに含まれる水素とが反応し、メタンを生成する。第２のメタネーション反応部１３で生成したメタンは、配管を介して図示しない貯留タンク等に供給される。なお、図５に示したバイオガス製造システムにおいて、第２のメタネーション反応部１３に対しては、図示しないが、発酵液処理部１０以外の別のシステム（例えば水素製造装置等）から水素を供給することもできる。

このように、図５に示したバイオガス製造システムでもまた、バイオガスに含まれる二酸化炭素を利用してメタンを製造できるため、原料からのメタン生産効率を大幅に向上させることができる。そして、図５に示したバイオガス製造システムでもまた、バイオガスに含まれる二酸化炭素を利用するため、オフガス量をゼロにできるか、オフガス量を大幅に削減することができる。特に、図５に示したバイオガス製造システムによれば、第１のメタネーション反応部２に対して、電気分解処理によって消化液を浄化して得られた水を第１のメタネーション反応部２を供給することができ、更に電気分解処理によって生成した水素ガスを更に異なるメタネーション反応に利用することができる。

さらにまた、本発明を適用したバイオガス製造システムは、図６に示すように、発酵液処理部１０に第４のライン１２を介して接続された第２のメタネーション反応部１３を備えるバイオガス製造システムであってもよい。図６に示すバイオガス製造システムは、第２のメタネーション反応部１３と分離部６とが連結されていない以外、図５に示したバイオガス製造システムと同じ構成である。

図６に示したバイオガス製造システムにおいて、発酵液処理部１０は、消化液を電気分解することにより水素及び二酸化炭素を含むガスを生成する。生成したガスは、第４のライン１２を介して第２のメタネーション反応部１３に供給される。第２のメタネーション反応部１３では、発酵液処理部１０で生成したガスに含まれる水素及び二酸化炭素が反応し、メタンを生成する。第２のメタネーション反応部１３で生成したメタンは、配管を介して図示しない貯留タンク等に供給される。

このように、図６に示したバイオガス製造システムは、バイオガスに含まれる二酸化炭素を利用して第１のメタネーション反応部２にてメタンを製造するのに加え、消化液を電気分解することで得られたガスを利用して第２のメタネーション反応部１３でメタンを製造することができるため、原料からのメタン生産効率を更に大幅に向上させることができる。また、図６に示したバイオガス製造システムでもまた、バイオガスに含まれる二酸化炭素を利用するため、オフガス量をゼロにできるか、オフガス量を大幅に削減することができる。図６に示したバイオガス製造システムによれば、第１のメタネーション反応部２に対して、電気分解処理によって消化液を浄化して得られた水を供給することができる。

１…メタン発酵槽、２…第１のメタネーション反応部、３…処理対象物導入管、４…送出管、５…排出ライン、６…分離部、７…第１のライン、８…第２のライン、９…空間部、１０…発酵液処理部、１１…第３のライン、１２…第４のライン、１３…第２のメタネーション反応部

Claims

メタン発酵によりバイオガスを発生するメタン発酵槽と、
当該メタン発酵槽に接続され、当該メタン発酵槽で発生したバイオガスに含まれる二酸化炭素をメタンに変換する第１のメタネーション反応部と
を備えるバイオガス製造システム。
上記メタン発酵槽に接続され、当該メタン発酵槽で発生したバイオガスを、メタンを比較的に高濃度で含む第１のガスと、メタンを比較的に低濃度で含む第２のガスとに分離する分離部を更に備え、
上記分離部で分離した第２のガスを上記第１のメタネーション反応部に導入することを特徴とする請求項１記載のバイオガス製造システム。
上記第１のメタネーション反応部に接続され、上記メタン発酵槽の発酵液から水分を分離する発酵液処理部を更に備え、
上記発酵液処理部で分離した水分を上記第１のメタネーション反応部へ供給することを特徴とする請求項１記載のバイオガス製造システム。
上記発酵液処理部に接続され、当該発酵液処理部で生成した水素ガス及び二酸化炭素をメタンに変換する第２のメタネーション反応部を更に備えることを特徴とする請求項３記載のバイオガス製造システム。
上記発酵液処理部で生成した水素ガス及び/又は二酸化炭素を上記第１のメタネーション反応部にてメタンに変換することを特徴とする請求項３記載のバイオガス製造システム。
上記分離部は、分離膜を有する分離装置であることを特徴とする請求項２記載のバイオガス製造システム。