JP2017108673A - Hydrogen production method and hydrogen production device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、決まった量のバイオマスから最大限の水素を製造するための水素製造方法および水素製造装置に関するものである。 The present invention relates to a hydrogen production method and a hydrogen production apparatus for producing maximum hydrogen from a fixed amount of biomass.
近年、水素をエネルギーとして利用する動きが各地で起きている。水素を製造する方法の一つとして、メタンを主成分とした天然ガスや液化石油ガスを原料とし、水蒸気改質反応によって水素を製造する方法があり、現在の水素製造法の主流となっている。 In recent years, movements using hydrogen as energy have taken place in various places. As one of the methods for producing hydrogen, there is a method of producing hydrogen by a steam reforming reaction using natural gas mainly composed of methane or liquefied petroleum gas as a raw material, which is the mainstream of the current hydrogen production method. .
水素製造の原料となるメタンに関しては、下水汚泥や廃棄物バイオマスを利用したメタン発酵が注目されている。近年では、下水汚泥由来のバイオガスから水素を製造し、下水処理場に水素ステーションを構築した例がある(例えば、非特許文献1を参照)。下水汚泥だけでなく、廃棄物バイオマスをメタン発酵し、得られたバイオガスから水素を製造することが計画されている。この時、水素の製造量を増加させるためには、原料として用いるメタン、すなわちバイオガスの量を増加させる必要がある。もともと、メタン発酵処理の目的は、下水汚泥量や廃棄物量の減量にあるため、メタン発酵処理で製造されるバイオガスは、メタン発酵槽の加温に利用される(例えば特許文献1〜5を参照)。そして余剰となったバイオガスのみが水素製造や他の目的に使用される。したがって、水素の製造量を増加させるためには、メタン発酵槽の加温に使用していたバイオガスを水素製造に利用すればよいと考えられる。そのためには、メタン発酵槽を加温する熱源が必要となってくる。 As for methane as a raw material for hydrogen production, methane fermentation using sewage sludge and waste biomass has attracted attention. In recent years, there is an example in which hydrogen is produced from biogas derived from sewage sludge and a hydrogen station is constructed in a sewage treatment plant (see, for example, Non-Patent Document 1). It is planned that not only sewage sludge but also waste biomass will be methane-fermented to produce hydrogen from the resulting biogas. At this time, in order to increase the production amount of hydrogen, it is necessary to increase the amount of methane used as a raw material, that is, biogas. Originally, the purpose of methane fermentation treatment is to reduce the amount of sewage sludge and waste, so biogas produced by methane fermentation treatment is used for heating methane fermentation tanks (for example, Patent Documents 1 to 5). reference). Only surplus biogas is used for hydrogen production and other purposes. Therefore, in order to increase the production amount of hydrogen, it is considered that the biogas used for heating the methane fermentation tank may be used for hydrogen production. For that purpose, a heat source for heating the methane fermentation tank is required.
メタン発酵槽の加温をバイオガス以外で実施することを考えると、再生エネルギーの利用が賢明だと考えられる。特に太陽熱から得られる熱を利用することは大変有効であると考えられる。例えば、特許文献1では、小規模畜産業を対象としたメタン発酵処理において、太陽熱を利用した変温管理による温度制御方法が提案されている。しかしながら、太陽熱のみをメタン発酵槽の加温熱源とした場合は、バイオガスは発生するものの日によって安定でなく、ヒーターを熱源とした場合と比べて発生量に1ヶ月間で約3倍程度差が生じている。この原因としては、天候に左右され太陽熱が利用できない期間が生じることや、冬季の夜間には熱源として利用できないといった理由が挙げられている。バイオガスから水素を製造することを考えた場合、ある程度の量を安定的に製造できることが望ましいが、特許文献1に記載の方法ではこれを実現することは難しい。 Considering that the methane fermenter is heated other than biogas, the use of renewable energy is considered wise. In particular, it is considered to be very effective to use heat obtained from solar heat. For example, Patent Document 1 proposes a temperature control method based on temperature change management using solar heat in methane fermentation treatment for small scale livestock industries. However, when only the solar heat is used as the heating heat source of the methane fermenter, biogas is generated, but it is not stable depending on the day. Has occurred. This is because the solar heat cannot be used due to the weather, or it cannot be used as a heat source at night in winter. In consideration of producing hydrogen from biogas, it is desirable that a certain amount can be stably produced, but it is difficult to achieve this with the method described in Patent Document 1.
したがって、メタン発酵処理によって生産されるバイオガスから水素を製造する技術において、水素の製造量を最大化するためにバイオガスを水素製造に最大限有効活用することのできる技術が求められていた。 Therefore, in the technology for producing hydrogen from biogas produced by methane fermentation treatment, a technology capable of maximally effectively utilizing biogas for hydrogen production has been demanded in order to maximize the production amount of hydrogen.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、バイオガスを水素製造に最大限有効活用することのできる水素製造方法および水素製造装置を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of the above, Comprising: It aims at providing the hydrogen production method and hydrogen production apparatus which can utilize biogas for hydrogen production to the maximum extent.
上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る水素製造方法は、メタン発酵処理によって生産されるバイオガスから水素を製造する水素製造方法であって、太陽熱を蓄熱手段に蓄熱する工程と、蓄熱手段からの熱を利用してメタン発酵手段を加温する工程とを備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the hydrogen production method according to the present invention is a hydrogen production method for producing hydrogen from biogas produced by methane fermentation, and stores solar heat in a heat storage means. And a step of heating the methane fermentation means using heat from the heat storage means.
また、本発明に係る他の水素製造方法は、上述した発明において、メタン発酵手段によって生産されるバイオガスの一部を利用してバイオマス発電を行う工程と、バイオマス発電時に排出される排熱を蓄熱手段に蓄熱する工程とをさらに備えることを特徴とする。 Further, another hydrogen production method according to the present invention includes a step of performing biomass power generation using a part of biogas produced by methane fermentation means in the above-described invention, and exhaust heat discharged during biomass power generation. And a step of storing heat in the heat storage means.
また、本発明に係る他の水素製造方法は、上述した発明において、蓄熱手段である成層型蓄熱槽の温度境界をモニタリングして加温可能時間を把握する工程をさらに備えることを特徴とする。 Another hydrogen production method according to the present invention is characterized in that, in the above-described invention, the method further comprises a step of monitoring a temperature boundary of a stratified heat storage tank as a heat storage means and grasping a warmable time.
また、本発明に係る他の水素製造方法は、上述した発明において、蓄熱手段である成層型蓄熱槽の温度境界のモニタリング情報と気象予報情報から、太陽熱による蓄熱可能な熱量を予測し、予測した熱量に基づいてバイオマス発電を制御する工程をさらに備えることを特徴とする。 Further, in the hydrogen production method according to the present invention, in the above-described invention, the amount of heat that can be stored by solar heat is predicted and predicted from the temperature boundary monitoring information and weather forecast information of the stratified heat storage tank that is the heat storage means. The method further includes the step of controlling biomass power generation based on the amount of heat.
また、本発明に係る水素製造装置は、メタン発酵処理によって生産されるバイオガスから水素を製造する水素製造装置であって、太陽熱を利用可能にする太陽熱利用手段と、太陽熱を蓄熱する蓄熱手段と、蓄熱手段からの熱を利用してメタン発酵手段を加温する加温手段とを備えることを特徴とする。 Moreover, the hydrogen production apparatus according to the present invention is a hydrogen production apparatus for producing hydrogen from biogas produced by methane fermentation treatment, solar heat utilization means for making solar heat available, and heat storage means for storing solar heat. And a heating means for heating the methane fermentation means using heat from the heat storage means.
また、本発明に係る他の水素製造装置は、上述した発明において、メタン発酵手段によって生産されるバイオガスの一部を利用してバイオマス発電を行うバイオマス発電手段をさらに備え、加温手段は、バイオマス発電時に排出される排熱を蓄熱手段に蓄熱することを特徴とする。 In addition, the other hydrogen production apparatus according to the present invention further includes a biomass power generation unit that performs biomass power generation using a part of biogas produced by the methane fermentation unit in the above-described invention, and the heating unit includes: The waste heat discharged at the time of biomass power generation is stored in a heat storage means.
また、本発明に係る他の水素製造装置は、上述した発明において、蓄熱手段である成層型蓄熱槽の温度境界をモニタリングして加温可能時間を把握するモニタリング手段をさらに備えることを特徴とする。 Further, another hydrogen production apparatus according to the present invention is characterized in that, in the above-described invention, the hydrogen production apparatus further includes a monitoring unit that monitors a temperature boundary of a stratified heat storage tank as a heat storage unit and grasps a warmable time. .
また、本発明に係る他の水素製造装置は、上述した発明において、蓄熱手段である成層型蓄熱槽の温度境界をモニタリングするモニタリング手段と、モニタリング手段によるモニタリング情報と気象予報情報から、太陽熱による蓄熱可能な熱量を予測し、予測した熱量に基づいてバイオマス発電を制御する制御手段をさらに備えることを特徴とする。 In addition, in the above-described invention, the hydrogen production apparatus according to the present invention includes a monitoring unit that monitors a temperature boundary of a stratified heat storage tank that is a heat storage unit, and monitoring information and weather forecast information by the monitoring unit, thereby storing heat by solar heat. It further comprises control means for predicting a possible amount of heat and controlling biomass power generation based on the predicted amount of heat.
本発明に係る水素製造方法によれば、メタン発酵処理によって生産されるバイオガスから水素を製造する水素製造方法であって、太陽熱を蓄熱手段に蓄熱する工程と、蓄熱手段からの熱を利用してメタン発酵手段を加温する工程とを備えるので、太陽熱を利用してメタン発酵手段を加温する際に、蓄熱手段からの熱を利用することで、夜間や雨天時の太陽熱を直接利用できない期間にもメタン発酵手段を加温することが可能である。このため、メタン発酵手段で生産されたバイオガスを全て水素製造に使用することができる。したがって、バイオガスを水素製造に最大限有効活用することができるという効果を奏する。 According to the method for producing hydrogen according to the present invention, a method for producing hydrogen from biogas produced by methane fermentation treatment, the step of storing solar heat in the heat storage means, and the heat from the heat storage means are used. The process of heating the methane fermentation means, and when heating the methane fermentation means using solar heat, the heat from the heat storage means cannot be used directly to use solar heat at night or in the rain. It is also possible to warm the methane fermentation means during the period. For this reason, all the biogas produced by the methane fermentation means can be used for hydrogen production. Therefore, the biogas can be effectively used for hydrogen production to the maximum extent.
また、本発明に係る他の水素製造方法によれば、メタン発酵手段によって生産されるバイオガスの一部を利用してバイオマス発電を行う工程と、バイオマス発電時に排出される排熱を蓄熱手段に蓄熱する工程とをさらに備えるので、天候などにより太陽熱を利用できない場合などにもメタン発酵手段を加温することが可能であるという効果を奏する。なお、バイオマス発電により生じた電力は、付随する処理設備に利用することが可能である。 Further, according to another hydrogen production method according to the present invention, the step of performing biomass power generation using a part of the biogas produced by the methane fermentation means, and the waste heat discharged during biomass power generation as the heat storage means And a step of storing heat, so that the methane fermentation means can be heated even when solar heat cannot be used due to the weather or the like. In addition, the electric power generated by biomass power generation can be used for an accompanying processing facility.
また、本発明に係る他の水素製造方法によれば、蓄熱手段である成層型蓄熱槽の温度境界をモニタリングして加温可能時間を把握する工程をさらに備えるので、メタン発酵手段の加温制御が行いやすくなるという効果を奏する。 Moreover, according to the other hydrogen production method which concerns on this invention, since it further has the process of monitoring the temperature boundary of the stratified type thermal storage tank which is a thermal storage means, and grasping | ascertaining warming time, the heating control of a methane fermentation means Has the effect of making it easier to perform.
また、本発明に係る他の水素製造方法は、上述した発明において、蓄熱手段である成層型蓄熱槽の温度境界のモニタリング情報と気象予報情報から、太陽熱による蓄熱可能な熱量を予測し、予測した熱量に基づいてバイオマス発電を制御する工程をさらに備えるので、バイオマス発電からの排熱を利用する場合のバイオガス使用量を最小限に制御でき、水素製造に使用できるバイオガスをより多く確保できるという効果を奏する。 Further, in the hydrogen production method according to the present invention, in the above-described invention, the amount of heat that can be stored by solar heat is predicted and predicted from the temperature boundary monitoring information and weather forecast information of the stratified heat storage tank that is the heat storage means. Since it further includes a process for controlling biomass power generation based on the amount of heat, the amount of biogas used when using exhaust heat from biomass power generation can be controlled to a minimum, and more biogas can be secured for hydrogen production. There is an effect.
また、本発明に係る水素製造装置によれば、メタン発酵処理によって生産されるバイオガスから水素を製造する水素製造装置であって、太陽熱を利用可能にする太陽熱利用手段と、太陽熱を蓄熱する蓄熱手段と、蓄熱手段からの熱を利用してメタン発酵手段を加温する加温手段とを備えるので、太陽熱を利用してメタン発酵手段を加温する際に、蓄熱手段からの熱を利用することで、夜間や雨天時の太陽熱を直接利用できない期間にもメタン発酵手段を加温することが可能である。このため、メタン発酵手段で生産されたバイオガスを全て水素製造に使用することができる。したがって、バイオガスを水素製造に最大限有効活用することができるという効果を奏する。 Moreover, according to the hydrogen production apparatus according to the present invention, a hydrogen production apparatus that produces hydrogen from a biogas produced by methane fermentation treatment, solar heat utilization means that makes solar heat available, and heat storage that stores solar heat. And the heating means for heating the methane fermentation means using the heat from the heat storage means, so when the methane fermentation means is heated using solar heat, the heat from the heat storage means is used. Thus, it is possible to heat the methane fermentation means even during periods when solar heat during nighttime or rainy weather cannot be used directly. For this reason, all the biogas produced by the methane fermentation means can be used for hydrogen production. Therefore, the biogas can be effectively used for hydrogen production to the maximum extent.
また、本発明に係る他の水素製造装置によれば、メタン発酵手段によって生産されるバイオガスの一部を利用してバイオマス発電を行うバイオマス発電手段をさらに備え、加温手段は、バイオマス発電時に排出される排熱を蓄熱手段に蓄熱するので、天候などにより太陽熱を利用できない場合などにもメタン発酵手段を加温することが可能であるという効果を奏する。なお、バイオマス発電により生じた電力は、付随する処理設備に利用することが可能である。 Moreover, according to the other hydrogen production apparatus according to the present invention, the apparatus further includes biomass power generation means for performing biomass power generation using a part of the biogas produced by the methane fermentation means, and the heating means is used during biomass power generation. Since the exhaust heat exhausted is stored in the heat storage means, there is an effect that the methane fermentation means can be heated even when solar heat cannot be used due to the weather or the like. In addition, the electric power generated by biomass power generation can be used for an accompanying processing facility.
また、本発明に係る他の水素製造装置によれば、蓄熱手段である成層型蓄熱槽の温度境界をモニタリングして加温可能時間を把握するモニタリング手段をさらに備えるので、メタン発酵手段の加温制御が行いやすくなるという効果を奏する。 In addition, according to another hydrogen production apparatus according to the present invention, the apparatus further includes a monitoring unit that monitors a temperature boundary of a stratified heat storage tank that is a heat storage unit and grasps a warmable time. There exists an effect that control becomes easy.
また、本発明に係る他の水素製造装置によれば、蓄熱手段である成層型蓄熱槽の温度境界をモニタリングするモニタリング手段と、モニタリング手段によるモニタリング情報と気象予報情報から、太陽熱による蓄熱可能な熱量を予測し、予測した熱量に基づいてバイオマス発電を制御する制御手段をさらに備えるので、バイオマス発電からの排熱を利用する場合のバイオガス使用量を最小限に制御でき、水素製造に使用できるバイオガスをより多く確保できるという効果を奏する。 Further, according to another hydrogen production apparatus according to the present invention, the amount of heat that can be stored by solar heat from the monitoring means for monitoring the temperature boundary of the stratified heat storage tank that is the heat storage means, and the monitoring information and weather forecast information by the monitoring means And control means for controlling biomass power generation based on the predicted amount of heat, so that the amount of biogas used when using exhaust heat from biomass power generation can be controlled to a minimum, and biotechnology can be used for hydrogen production. There is an effect that more gas can be secured.
以下に、本発明に係る水素製造方法および水素製造装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 Embodiments of a hydrogen production method and a hydrogen production apparatus according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
[水素製造方法]
まず、本発明に係る水素製造方法について説明する。
図1に示すように、本発明に係る水素製造方法は、下水汚泥由来のメタン発酵処理によって生産されるバイオガスから水素を製造する水素製造方法であって、太陽熱システムによる太陽熱を蓄熱槽(蓄熱手段)に蓄熱する工程(ステップS1)と、蓄熱槽からの熱を利用してメタン発酵槽(メタン発酵手段)を加温する工程(ステップS2)と、メタン発酵槽によって生産されるバイオガスから水素を製造する工程(ステップS3)とを備える。
[Hydrogen production method]
First, the hydrogen production method according to the present invention will be described.
As shown in FIG. 1, the hydrogen production method according to the present invention is a hydrogen production method for producing hydrogen from biogas produced by sewage sludge-derived methane fermentation treatment, and the solar heat generated by a solar heat system is stored in a heat storage tank (heat storage). Means (step S1), a process of heating the methane fermentation tank (methane fermentation means) using the heat from the heat storage tank (step S2), and biogas produced by the methane fermentation tank A step of producing hydrogen (step S3).
本実施の形態によれば、太陽熱を利用してメタン発酵槽を加温する際に、蓄熱した熱を利用することで、夜間や雨天時の太陽熱を直接利用できない期間にもメタン発酵槽を加温することが可能である。このため、メタン発酵槽で生産されたバイオガスを全て水素製造に使用することができる。したがって、バイオガスを水素製造に最大限有効活用することができる。 According to this embodiment, when heating a methane fermentation tank using solar heat, the stored heat is used to add the methane fermentation tank even during periods when the solar heat cannot be used directly at night or in the rain. It is possible to warm. For this reason, all the biogas produced in the methane fermentation tank can be used for hydrogen production. Therefore, biogas can be utilized to the maximum extent for hydrogen production.
このように、本実施の形態によれば、メタン発酵処理によって生産されるバイオガスを利用して水素を製造する際に、水素量を安定的に製造し、かつメタン発酵により生産されたバイオガスを限りなく最大量水素に変換することができる。 Thus, according to the present embodiment, when producing hydrogen using biogas produced by methane fermentation treatment, the amount of hydrogen is stably produced, and biogas produced by methane fermentation is produced. Can be converted to the maximum amount of hydrogen.
上記の実施の形態において、図1に示すように、メタン発酵槽によって生産されるバイオガスの一部を利用してバイオマス発電を行う工程と、バイオマス発電時に排出される排熱を蓄熱槽に蓄熱し、この蓄熱を利用してメタン発酵槽を加温する工程(ステップS4)をさらに備えてもよい。このようにすれば、天候などにより太陽熱を利用できない場合などにもメタン発酵槽を加温することが可能である。なお、バイオマス発電により生じた電力は、付随する処理設備に利用することが可能である。 In the above embodiment, as shown in FIG. 1, the step of performing biomass power generation using a part of the biogas produced by the methane fermentation tank, and the waste heat discharged during the biomass power generation is stored in the heat storage tank. And you may further provide the process (step S4) of heating a methane fermentation tank using this heat storage. In this way, it is possible to heat the methane fermenter even when solar heat cannot be used due to the weather or the like. In addition, the electric power generated by biomass power generation can be used for an accompanying processing facility.
また、上記の実施の形態において、蓄熱槽を成層型蓄熱槽で構成し、この成層型蓄熱槽の温度境界をモニタリングして加温可能時間を把握する工程をさらに備えてもよい。このようにすれば、メタン発酵槽の加温制御が行いやすくなる。 Moreover, in said embodiment, you may further comprise the process which comprises a thermal storage tank with a stratified type thermal storage tank, and monitors the temperature boundary of this stratified type thermal storage tank, and grasps | ascertains warming time. If it does in this way, it will become easy to perform the heating control of a methane fermentation tank.
また、成層型蓄熱槽の温度境界のモニタリング情報と気象予報情報から、太陽熱による蓄熱可能な熱量を予測し、予測した熱量に基づいてバイオマス発電を制御する工程をさらに備えてもよい。このようにすれば、バイオマス発電からの排熱を利用する場合のバイオガス使用量を最小限に制御でき、水素製造に使用できるバイオガスをより多く確保できる。 In addition, the method may further include a step of predicting the amount of heat that can be stored by solar heat from the monitoring information of the temperature boundary of the stratified heat storage tank and the weather forecast information, and controlling biomass power generation based on the predicted amount of heat. If it does in this way, the amount of biogas used in the case of utilizing the exhaust heat from biomass power generation can be controlled to the minimum, and more biogas that can be used for hydrogen production can be secured.
[水素製造装置]
次に、本発明に係る水素製造装置について説明する。
[Hydrogen production equipment]
Next, the hydrogen production apparatus according to the present invention will be described.
(実施の形態1)
まず、本発明の実施の形態1の水素製造装置について説明する。
図2は、本実施の形態1に係る水素製造装置の概略構成図であり、太陽熱を利用したメタン発酵槽の加温とバイオガス由来の水素製造フローの一例を示している。
(Embodiment 1)
First, the hydrogen production apparatus according to Embodiment 1 of the present invention will be described.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the hydrogen production apparatus according to the first embodiment, and shows an example of heating of a methane fermentation tank using solar heat and a hydrogen production flow derived from biogas.
この図に示すように、本実施の形態1に係る水素製造装置100は、下水汚泥由来のメタン発酵処理によって生産されるバイオガスから水素を製造する水素製造装置であって、太陽熱を利用して熱媒体を加熱する太陽熱システム10(太陽熱利用手段)と、熱媒体の熱を蓄熱する蓄熱槽12(蓄熱手段)と、蓄熱槽12からの熱を利用してメタン発酵槽14(メタン発酵手段)を加温する加温手段としての熱媒体が流通する配管16〜26を備える。なお、蓄熱槽12、メタン発酵槽14にはそれぞれ温度測定装置12A、14Aが備わっており、これらを用いて温度制御管理することができる。
As shown in this figure, the
上記の太陽熱システム10、蓄熱槽12、メタン発酵槽14、配管16〜26等は、太陽熱を利用したメタン発酵槽14の加温装置として機能する。
Said solar
配管16〜26は、熱媒体が循環する回路を構成している。入口側の配管16は、太陽熱システム10で加熱された熱媒体を、ポンプ28および配管18を介して蓄熱槽12に供給する。配管20は蓄熱槽12からの熱媒体をメタン発酵槽14に供給し、配管22はメタン発酵槽14からの熱媒体を蓄熱槽12に供給する。配管24は蓄熱槽12からの熱媒体を、ポンプ30および出口側の配管26を介して太陽熱システム10に供給する。また、配管18には三方弁32が設けられている。三方弁32は配管34を介して配管24に接続しており、配管34は三方弁バイパスとして機能する。なお、この配管系統においてポンプ28、30の代わりに膨張弁を使用して差圧により流量を形成してもよい。
The
なお、この水素製造装置100は、バイオガス由来の周知の水素製造設備を備える。この水素製造設備としては、例えば、脱硫設備36、バイオガス用のガスホルダ38、ガウス昇圧ブロア40、シロキサン除去設備42、膜分離装置44、水蒸気改質による水素製造設備46、水素貯蔵タンク48、水素運搬車両50などで構成することができる。
The
本実施の形態によれば、太陽熱システム10を利用してメタン発酵槽14を加温する際に、蓄熱槽12にも熱を蓄熱しておき、この蓄熱した熱を利用することで、夜間や雨天時の太陽熱を直接利用できない期間にもメタン発酵槽14を加温することが可能である。このため、メタン発酵槽14で生産されたバイオガスを全て水素製造に使用することができる。したがって、バイオガスを水素製造に最大限有効活用することができる。
According to the present embodiment, when the
このように、本実施の形態によれば、メタン発酵処理によって生産されるバイオガスを利用して水素を製造する際に、水素量を安定的に製造し、かつメタン発酵により生産されたバイオガスを限りなく最大量水素に変換することができる。 Thus, according to the present embodiment, when producing hydrogen using biogas produced by methane fermentation treatment, the amount of hydrogen is stably produced, and biogas produced by methane fermentation is produced. Can be converted to the maximum amount of hydrogen.
(実施の形態2)
次に、本発明の実施の形態2の水素製造装置について説明する。
図3は、本実施の形態2に係る水素製造装置の概略構成図であり、太陽熱とバイオマス発電の排熱を利用したメタン発酵槽の加温とバイオガス由来の水素製造フローの一例を示している。
(Embodiment 2)
Next, a hydrogen production apparatus according to Embodiment 2 of the present invention will be described.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of the hydrogen production apparatus according to the second embodiment, showing an example of a biogas-derived hydrogen production flow and heating of a methane fermentation tank using exhaust heat from solar heat and biomass power generation. Yes.
この図に示すように、本実施の形態2に係る水素製造装置200は、上記の実施の形態1の水素製造装置100の構成に加え、バイオマス発電装置52(バイオマス発電手段)と、熱交換器54と、加温手段としての熱媒体が流通する配管56〜60をさらに備えたものである。
As shown in this figure, the
バイオマス発電装置52は、メタン発酵槽14によって生産されるバイオガスの一部(消化ガス)を利用してバイオマス発電(消化ガス発電)を行うものである。利用する消化ガスとしては、膜分離装置44で水素製造のために精製して純度を高めたメタンの一部を利用することができる。本実施の形態では、バイオマス発電装置52によるバイオマス発電時に排出される排熱を蓄熱槽12に蓄熱する。
The biomass
入口側の配管56は、バイオマス発電装置52の発電時に排出される排熱で加熱された熱媒体を熱交換器54に供給する。配管58は熱交換器54からの熱媒体をバイオマス発電装置52に供給する。配管60は三方弁30Aからの熱媒体を熱交換器54を介して三方弁28A、配管18に供給する。このため、バイオマス発電装置52の発電時に排出される排熱は熱交換器54を介して配管18に供給され、蓄熱槽12に蓄熱され、メタン発酵槽14の加温に利用される。
The
本実施の形態によれば、天候などにより太陽熱を利用できない場合などにも、バイオマス発電装置52からの排熱を利用してメタン発酵槽14を加温することが可能である。なお、バイオマス発電装置52により生じた電力は、水素製造装置200に付随する処理設備に利用することが可能である。
According to the present embodiment, even when solar heat cannot be used due to weather or the like, the
(実施の形態3)
次に、本発明の実施の形態3の水素製造装置について説明する。
図4は、本実施の形態3に係る水素製造装置の部分的な概略構成図であり、太陽熱と成層型蓄熱槽を利用したメタン発酵槽の加温の一例を示している。水素製造設備については図示を省略している。
(Embodiment 3)
Next, a hydrogen production apparatus according to Embodiment 3 of the present invention will be described.
FIG. 4 is a partial schematic configuration diagram of the hydrogen production apparatus according to the third embodiment, and shows an example of heating of a methane fermentation tank using solar heat and a stratified heat storage tank. The illustration of the hydrogen production facility is omitted.
この図に示すように、本実施の形態3に係る水素製造装置300は、上記の実施の形態1または2において、蓄熱槽12を成層型蓄熱槽120で構成したものである。本実施の形態では、成層型蓄熱槽120に備わる温度測定装置12Aが、成層型蓄熱槽120の温度境界をモニタリングして加温可能時間を把握するためのモニタリング手段として機能する。また、熱源入口の配管18には、熱媒体の温度を測定するための温度測定装置32Aが設けられている。
As shown in this figure, the
温水を熱媒体として用いた場合、密度差によって成層型蓄熱槽120の下側には低温の温水(図の例では40℃の冷水と表記)が、上側には高温の温水(図の例では60℃の温水と表記)が貯留し、その境目が温度境界となる。
When hot water is used as the heat medium, low-temperature hot water (indicated as 40 ° C. cold water in the example in the figure) is located on the lower side of the stratified
この構成において、三方弁バイパスである配管34の流量を調整して、成層型蓄熱槽120の入口温度が例えば60℃まで上がるように熱源入口の温度を上げておく。このとき、成層型蓄熱槽120の温度境界をモニタリングしておく。温度境界は加温可能時間と相関関係にあるため、温度境界をモニタリングすることで、メタン発酵槽14を加温する加温可能時間を成層型蓄熱槽120側で把握することが可能となる。これにより、メタン発酵槽14の加温制御が行いやすくなる。
In this configuration, the temperature of the heat source inlet is raised so that the inlet temperature of the stratified
上記の実施の形態において、熱源の利用優先度は、(1)太陽熱、(2)バイオマス発電の排熱とすることが好ましい。これらの熱源の制御は、メタン発酵槽14と蓄熱槽12(または成層型蓄熱槽120)での温度測定だけで制御するのではなく、数日先までの気象情報(例えば気象予報)も考慮して制御を行うことが望ましい。この場合、例えば、成層型蓄熱槽120の温度境界のモニタリング情報と、数日先までの気象予報情報から、太陽熱による蓄熱可能な熱量を予測し、予測した熱量に基づいてバイオマス発電のオン/オフを制御する制御手段をさらに備えてもよい。このようにすることで、バイオマス発電の排熱を使用する際にも最小限のバイオガス利用となり、水素製造に使用できるバイオガスをより多く確保できる。
In said embodiment, it is preferable that the utilization priority of a heat source shall be (1) solar heat and (2) waste heat of biomass power generation. These heat sources are controlled not only by measuring the temperature in the
なお、太陽熱システム10の設置場所としては、例えば、下水汚泥から水素製造する場合には、下水処理場の遊休地を使用することで十分量の太陽熱を確保可能である。
As a place where the
以上のように、本実施の形態によれば、バイオマス由来のメタンを利用し水素を製造する場合において、メタン発酵槽14の加温を太陽熱、蓄熱、バイオマス発電の排熱の順の優先度で利用することにより、メタン発酵槽14の加温に必要なバイオガス量を削減できる。これにより、バイオガスを最大限利用することができ、水素製造量を増大することができる。また、メタン発酵槽14の加温を太陽熱システム10と蓄熱槽12だけで制御しないことで、自然エネルギーを利用できないときでも加温が可能であり、天候に左右されずメタン発酵槽14の温度を適温で維持できる。すなわち、量的に安定的なバイオガスの入手が可能となる。
As described above, according to the present embodiment, when hydrogen is produced using biomass-derived methane, the heating of the
なお、上記の実施の形態においては、下水汚泥由来のメタン発酵処理に適用する場合について説明したが、本発明は下水汚泥に限るものではなく、他の廃棄物を利用したメタン発酵処理および水素製造設備においても同様に適用可能である。 In addition, in said embodiment, although the case where it applied to the methane fermentation process derived from a sewage sludge was demonstrated, this invention is not restricted to a sewage sludge, The methane fermentation process and hydrogen production using another waste material The same applies to equipment.
以上説明したように、本発明に係る水素製造方法によれば、メタン発酵処理によって生産されるバイオガスから水素を製造する水素製造方法であって、太陽熱を蓄熱手段に蓄熱する工程と、蓄熱手段からの熱を利用してメタン発酵手段を加温する工程とを備えるので、太陽熱を利用してメタン発酵手段を加温する際に、蓄熱手段からの熱を利用することで、夜間や雨天時の太陽熱を直接利用できない期間にもメタン発酵手段を加温することが可能である。このため、メタン発酵手段で生産されたバイオガスを全て水素製造に使用することができる。したがって、バイオガスを水素製造に最大限有効活用することができる。 As described above, according to the hydrogen production method according to the present invention, a hydrogen production method for producing hydrogen from biogas produced by methane fermentation treatment, the step of storing solar heat in the heat storage means, and the heat storage means The process of heating the methane fermentation means using the heat from the sun, so when heating the methane fermentation means using solar heat, the heat from the heat storage means is used at night or in the rain It is possible to heat the methane fermentation means even during periods when the solar heat is not directly available. For this reason, all the biogas produced by the methane fermentation means can be used for hydrogen production. Therefore, biogas can be utilized to the maximum extent for hydrogen production.
また、本発明に係る他の水素製造方法によれば、メタン発酵手段によって生産されるバイオガスの一部を利用してバイオマス発電を行う工程と、バイオマス発電時に排出される排熱を蓄熱手段に蓄熱する工程とをさらに備えるので、天候などにより太陽熱を利用できない場合などにもメタン発酵手段を加温することが可能である。なお、バイオマス発電により生じた電力は、付随する処理設備に利用することが可能である。 Further, according to another hydrogen production method according to the present invention, the step of performing biomass power generation using a part of the biogas produced by the methane fermentation means, and the waste heat discharged during biomass power generation as the heat storage means And the step of storing heat, the methane fermentation means can be heated even when the solar heat cannot be used due to the weather or the like. In addition, the electric power generated by biomass power generation can be used for an accompanying processing facility.
また、本発明に係る他の水素製造方法によれば、蓄熱手段である成層型蓄熱槽の温度境界をモニタリングして加温可能時間を把握する工程をさらに備えるので、メタン発酵手段の加温制御が行いやすくなる。 Moreover, according to the other hydrogen production method which concerns on this invention, since it further has the process of monitoring the temperature boundary of the stratified type thermal storage tank which is a thermal storage means, and grasping | ascertaining warming time, the heating control of a methane fermentation means Is easier to do.
また、本発明に係る他の水素製造方法は、上述した発明において、蓄熱手段である成層型蓄熱槽の温度境界のモニタリング情報と気象予報情報から、太陽熱による蓄熱可能な熱量を予測し、予測した熱量に基づいてバイオマス発電を制御する工程をさらに備えるので、バイオマス発電からの排熱を利用する場合のバイオガス使用量を最小限に制御でき、水素製造に使用できるバイオガスをより多く確保できる。 Further, in the hydrogen production method according to the present invention, in the above-described invention, the amount of heat that can be stored by solar heat is predicted and predicted from the temperature boundary monitoring information and weather forecast information of the stratified heat storage tank that is the heat storage means. Since the process of controlling biomass power generation based on the amount of heat is further provided, the amount of biogas used when using exhaust heat from biomass power generation can be controlled to a minimum, and more biogas that can be used for hydrogen production can be secured.
また、本発明に係る水素製造装置によれば、メタン発酵処理によって生産されるバイオガスから水素を製造する水素製造装置であって、太陽熱を利用可能にする太陽熱利用手段と、太陽熱を蓄熱する蓄熱手段と、蓄熱手段からの熱を利用してメタン発酵手段を加温する加温手段とを備えるので、太陽熱を利用してメタン発酵手段を加温する際に、蓄熱手段からの熱を利用することで、夜間や雨天時の太陽熱を直接利用できない期間にもメタン発酵手段を加温することが可能である。このため、メタン発酵手段で生産されたバイオガスを全て水素製造に使用することができる。したがって、バイオガスを水素製造に最大限有効活用することができる。 Moreover, according to the hydrogen production apparatus according to the present invention, a hydrogen production apparatus that produces hydrogen from a biogas produced by methane fermentation treatment, solar heat utilization means that makes solar heat available, and heat storage that stores solar heat. And the heating means for heating the methane fermentation means using the heat from the heat storage means, so when the methane fermentation means is heated using solar heat, the heat from the heat storage means is used. Thus, it is possible to heat the methane fermentation means even during periods when solar heat during nighttime or rainy weather cannot be used directly. For this reason, all the biogas produced by the methane fermentation means can be used for hydrogen production. Therefore, biogas can be utilized to the maximum extent for hydrogen production.
また、本発明に係る他の水素製造装置によれば、メタン発酵手段によって生産されるバイオガスの一部を利用してバイオマス発電を行うバイオマス発電手段をさらに備え、加温手段は、バイオマス発電時に排出される排熱を蓄熱手段に蓄熱するので、天候などにより太陽熱を利用できない場合などにもメタン発酵手段を加温することが可能である。なお、バイオマス発電により生じた電力は、付随する処理設備に利用することが可能である。 Moreover, according to the other hydrogen production apparatus according to the present invention, the apparatus further includes biomass power generation means for performing biomass power generation using a part of the biogas produced by the methane fermentation means, and the heating means is used during biomass power generation. Since the exhaust heat exhausted is stored in the heat storage means, it is possible to heat the methane fermentation means even when solar heat cannot be used due to the weather or the like. In addition, the electric power generated by biomass power generation can be used for an accompanying processing facility.
また、本発明に係る他の水素製造装置によれば、蓄熱手段である成層型蓄熱槽の温度境界をモニタリングして加温可能時間を把握するモニタリング手段をさらに備えるので、メタン発酵手段の加温制御が行いやすくなる。 In addition, according to another hydrogen production apparatus according to the present invention, the apparatus further includes a monitoring unit that monitors a temperature boundary of a stratified heat storage tank that is a heat storage unit and grasps a warmable time. It becomes easier to control.
また、本発明に係る他の水素製造装置によれば、蓄熱手段である成層型蓄熱槽の温度境界をモニタリングするモニタリング手段と、モニタリング手段によるモニタリング情報と気象予報情報から、太陽熱による蓄熱可能な熱量を予測し、予測した熱量に基づいてバイオマス発電を制御する制御手段をさらに備えるので、バイオマス発電からの排熱を利用する場合のバイオガス使用量を最小限に制御でき、水素製造に使用できるバイオガスをより多く確保できる。 Further, according to another hydrogen production apparatus according to the present invention, the amount of heat that can be stored by solar heat from the monitoring means for monitoring the temperature boundary of the stratified heat storage tank that is the heat storage means, and the monitoring information and weather forecast information by the monitoring means And control means for controlling biomass power generation based on the predicted amount of heat, so that the amount of biogas used when using exhaust heat from biomass power generation can be controlled to a minimum, and biotechnology can be used for hydrogen production. More gas can be secured.
以上のように、本発明に係る水素製造方法および水素製造装置は、メタン発酵処理によって生産されるバイオガスから水素を製造するのに有用であり、特に、バイオガスを水素製造に最大限有効活用するのに適している。 As described above, the hydrogen production method and the hydrogen production apparatus according to the present invention are useful for producing hydrogen from biogas produced by methane fermentation treatment, and in particular, the biogas is most effectively used for hydrogen production. Suitable for doing.
10 太陽熱システム(太陽熱利用手段)
12 蓄熱層(蓄熱手段)
12A,14A,32A 温度測定装置
14 メタン発酵槽(メタン発酵手段)
16,18,20,22,24,26,34,56,58,60 配管(加温手段)
28,30 ポンプ
28A,30A,32 三方弁
36 脱硫設備
38 ガスホルダ
40 ガス昇圧ブロア
42 シロキサン除去設備
44 膜分離装置
46 水素製造設備
48 水素貯蔵タンク
50 水素運搬車両
52 バイオマス発電装置(バイオマス発電手段)
54 熱交換器
100,200,300 水素製造装置
120 成層型蓄熱槽(蓄熱手段)
10 Solar thermal system (solar heat utilization means)
12 Heat storage layer (heat storage means)
12A, 14A, 32A
16, 18, 20, 22, 24, 26, 34, 56, 58, 60 Piping (heating means)
28, 30
54
Claims (8)
太陽熱を蓄熱手段に蓄熱する工程と、
蓄熱手段からの熱を利用してメタン発酵手段を加温する工程とを備えることを特徴とする水素製造方法。 A hydrogen production method for producing hydrogen from biogas produced by methane fermentation treatment,
Storing solar heat in the heat storage means;
And a step of heating the methane fermentation means using heat from the heat storage means.
太陽熱を利用可能にする太陽熱利用手段と、
太陽熱を蓄熱する蓄熱手段と、
蓄熱手段からの熱を利用してメタン発酵手段を加温する加温手段とを備えることを特徴とする水素製造装置。 A hydrogen production apparatus for producing hydrogen from biogas produced by methane fermentation treatment,
Solar heat utilization means for making solar heat available;
A heat storage means for storing solar heat;
A hydrogen production apparatus comprising: a heating means for heating the methane fermentation means using heat from the heat storage means.
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