JP2018168274A - Biogas utilization method, biogas utilization system and biogas - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、メタン発酵ガスを効率的に利用するバイオガス利用方法、バイオガス利用システム、及びこれらに利用されるバイオガスに関する。 The present invention relates to a biogas utilization method, a biogas utilization system that efficiently uses methane fermentation gas, and a biogas used in these.
生ごみや家畜排泄物等をメタン発酵させて得られるメタン発酵ガスは、メタンを５５〜７５体積％程度、及び二酸化炭素を２５〜４５体積％程度含んでおり、一般に、発電やボイラ等の燃料ガスとして利用されている。
しかしながら、メタン発酵ガスは、二酸化炭素を多く含むため、メタンのみを燃料ガスとして用いる場合と比べて、単位重量当たりの発熱量が１／３以下と低く、一般的な石炭燃料に比べても低い。このため、メタン発酵ガスは、二酸化炭素を分離精製して用いられている。
Methane fermentation gas obtained by methane fermentation of food waste, livestock excrement, etc. contains about 55 to 75% by volume of methane and about 25 to 45% by volume of carbon dioxide, and is generally a fuel for power generation and boilers. It is used as gas.
However, since methane fermentation gas contains a large amount of carbon dioxide, the calorific value per unit weight is as low as 1/3 or less compared to the case where only methane is used as fuel gas, which is lower than that of general coal fuel. . For this reason, methane fermentation gas is used after separating and purifying carbon dioxide.
一方で、メタン発酵ガスは、カーボンニュートラルであり、該ガスに含まれる二酸化炭素は、メタン発酵により増加したものとはみなされない。しかしながら、メタン発酵ガスから分離された二酸化炭素は、その後の取り扱い次第では、そのまま大気中に排出されることとなり、それでは環境に対する負荷を軽減することにはならない。 On the other hand, methane fermentation gas is carbon neutral, and the carbon dioxide contained in the gas is not considered to have increased due to methane fermentation. However, the carbon dioxide separated from the methane fermentation gas is discharged into the atmosphere as it is depending on the subsequent handling, which does not reduce the burden on the environment.
これに対しては、メタン発酵ガスに含まれる二酸化炭素の大気中への排出量を低減させるための種々の取り組みがなされている。
例えば、特許文献１には、メタン発酵ガスにアルカリ水溶液を接触させて、該メタン発酵ガスに含まれる二酸化炭素と反応させ、二酸化炭素を炭酸塩又は炭酸水素塩の固形物質として分離回収することが記載されている。
また、特許文献２には、メタン発酵ガスを水と接触させて、二酸化炭素を水に溶解させることによりメタンを精製するとともに、二酸化炭素が溶解した水を藻類の培養に用いることが記載されている。
In response to this, various efforts have been made to reduce the amount of carbon dioxide contained in methane fermentation gas into the atmosphere.
For example, in Patent Document 1, an alkaline aqueous solution is brought into contact with methane fermentation gas and reacted with carbon dioxide contained in the methane fermentation gas, and carbon dioxide is separated and recovered as a solid substance of carbonate or bicarbonate. Have been described.
Patent Document 2 describes that methane is purified by bringing methane fermentation gas into contact with water and dissolving carbon dioxide in water, and water in which carbon dioxide is dissolved is used for culturing algae. Yes.
上記特許文献１及び２に記載されている方法は、いずれも、メタン発酵ガス中のメタンを精製するために、該メタン発酵ガスに含まれる二酸化炭素を分離して、固定化又は吸収させるものである。したがって、メタン発酵ガスから精製されたメタンが、燃料ガスとして利用に供される。 In any of the methods described in Patent Documents 1 and 2, in order to purify methane in the methane fermentation gas, carbon dioxide contained in the methane fermentation gas is separated and immobilized or absorbed. is there. Therefore, methane purified from methane fermentation gas is used as fuel gas.
本発明者は、このようにメタン発酵ガスから燃料ガスとして有用なメタンのみを分離精製するのではなく、メタン発酵ガスに多く含まれる二酸化炭素も有効に利用すべく検討を重ねたところ、二酸化炭素の分離手段を用いることなく、メタン発酵ガスを効率的に利用することができる方法を見出した。
すなわち、本発明は、メタン発酵ガスを効率的に燃料ガスとして利用することができるバイオガス利用方法、及び、この利用方法を実施するためのバイオガス利用システム、並びにこれらに利用されるバイオガスを提供することを目的とする。
The present inventor did not separate and purify only methane useful as a fuel gas from the methane fermentation gas in this way, but repeatedly studied to effectively use carbon dioxide contained in the methane fermentation gas. The present inventors have found a method capable of efficiently using methane fermentation gas without using any separation means.
That is, the present invention relates to a biogas utilization method capable of efficiently using methane fermentation gas as fuel gas, a biogas utilization system for carrying out this utilization method, and a biogas utilized in these. The purpose is to provide.
本発明は、二酸化炭素を多く含むメタン発酵ガスから、二酸化炭素を分離することなく、効率的に燃料ガスとして利用することができる方法を見出したことに基づくものである。 The present invention is based on the discovery of a method that can be efficiently used as fuel gas without separating carbon dioxide from methane fermentation gas containing a large amount of carbon dioxide.
すなわち、本発明は、次の［１］〜［１２］を提供する。
［１］メタン発酵により生成する一次バイオガスを藻類の培養槽内に供給して、前記藻類を培養する工程を有し、前記培養槽から発生する二次バイオガスを燃料ガスとして利用する、バイオガス利用方法。
［２］前記二次バイオガスは、濃度４５体積％未満の酸素を含む、上記［１］に記載のバイオガス利用方法。
［３］前記メタン発酵における消化液を前記培養槽内に供給する、上記［１］又は［２］に記載のバイオガス利用方法。
［４］前記メタン発酵における消化液を培養土の配合成分として利用する、上記［１］〜［３］のいずれかに記載のバイオガス利用方法。
［５］前記藻類が微細藻類である、上記［１］〜［４］のいずれかに記載のバイオガス利用方法。
［６］ 前記藻類が海藻である、上記［１］〜［５］のいずれかに記載のバイオガス利用方法。
［７］前記藻類を培養する工程で培養された藻類を、セメント製造プラントのプレヒータの仮焼炉及びセメントキルンのうちのいずれか１ヶ所以上に投入して、燃料として利用する、上記［１］〜［６］のいずれかに記載のバイオガス利用方法。
［８］前記二次バイオガスが、セメント製造プラントのプレヒータの仮焼炉及びセメントキルンのうちのいずれか１ヶ所以上で利用される、上記［１］〜［７］のいずれかに記載のバイオガス利用方法。
［９］前記二次バイオガスが、発電及びボイラのうちの少なくともいずれかに利用される、上記［１］〜［６］のいずれかに記載のバイオガス利用方法。
That is, the present invention provides the following [1] to [12].
[1] Bio, which has a step of supplying a primary biogas produced by methane fermentation into a culture tank of algae and culturing the algae, and uses a secondary biogas generated from the culture tank as a fuel gas. How to use gas.
[2] The biogas utilization method according to [1], wherein the secondary biogas contains oxygen having a concentration of less than 45% by volume.
[3] The biogas utilization method according to the above [1] or [2], wherein the digestive liquid in the methane fermentation is supplied into the culture tank.
[4] The biogas utilization method according to any one of the above [1] to [3], wherein the digestive juice in the methane fermentation is utilized as a blending component of the culture soil.
[5] The biogas utilization method according to any one of [1] to [4], wherein the algae are microalgae.
[6] The biogas utilization method according to any one of [1] to [5], wherein the algae is seaweed.
[7] The above-mentioned [1], wherein the algae cultured in the step of culturing the algae are used as fuel by putting them into any one or more of a preheater and a cement kiln of a preheater of a cement manufacturing plant. -The biogas utilization method in any one of [6].
[8] The bio according to any one of [1] to [7], wherein the secondary biogas is used in any one or more of a preheater and a cement kiln of a preheater of a cement manufacturing plant. How to use gas.
[9] The biogas utilization method according to any one of [1] to [6], wherein the secondary biogas is utilized in at least one of power generation and boiler.
［１０］メタン発酵により一次バイオガスを生成させる一次バイオガス生成装置と、藻類の培養槽を有し、前記一次バイオガスを前記培養槽内に供給して前記藻類を培養し、前記藻類の光合成により二次バイオガスを生成させる二次バイオガス生成装置と、前記二次バイオガスを燃料ガスとして利用する燃料ガス利用装置とを備える、バイオガス利用システム。 [10] A primary biogas generating device that generates primary biogas by methane fermentation and an algal culture tank, supplying the primary biogas into the culture tank, culturing the algae, and photosynthesis of the algae A biogas utilization system comprising: a secondary biogas generation apparatus that generates a secondary biogas by means of: a fuel gas utilization apparatus that uses the secondary biogas as a fuel gas.
［１１］メタン発酵ガス中の二酸化炭素の一部が酸素に置換されており、濃度４５体積％未満の酸素を含む、バイオガス。
［１２］濃度５５〜７５体積％のメタン、及び濃度４５体積％以下の二酸化炭素を含む、上記［１１］に記載のバイオガス。
[11] A biogas in which a part of carbon dioxide in the methane fermentation gas is substituted with oxygen and contains oxygen having a concentration of less than 45% by volume.
[12] The biogas according to [11] above, comprising methane having a concentration of 55 to 75% by volume and carbon dioxide having a concentration of 45% by volume or less.
本発明のバイオガス利用方法によれば、メタン発酵ガスから二酸化炭素を分離する手間を省くことができ、メタン発酵ガスを効率的に利用することができる。また、本発明の方法においては、ガス成分以外の副生物も種々の用途に有効利用することができるという利点も有している。
また、本発明によれば、前記バイオガス利用方法を実施するためのバイオガス利用システム、さらに、これらに利用される燃焼効率の高いバイオガスも提供される。
しかも、本発明によれば、メタン発酵ガスの効率的な利用のみならず、メタン発酵ガスに含まれる二酸化炭素の排出量の抑制による環境負荷の軽減化にも寄与することができる。
According to the biogas utilization method of the present invention, the labor of separating carbon dioxide from methane fermentation gas can be saved, and methane fermentation gas can be efficiently utilized. The method of the present invention also has an advantage that by-products other than gas components can be effectively used for various purposes.
Moreover, according to this invention, the biogas utilization system for enforcing the said biogas utilization method and also the biogas with high combustion efficiency utilized for these are provided.
Moreover, according to the present invention, not only the efficient use of methane fermentation gas but also the reduction of the environmental load by suppressing the discharge amount of carbon dioxide contained in methane fermentation gas can be contributed.
以下、本発明のバイオガス利用方法、バイオガス利用システム及びバイオガスについて、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, the biogas utilization method, biogas utilization system, and biogas of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
［バイオガス利用方法］
本発明のバイオガス利用方法は、メタン発酵により生成する一次バイオガスを藻類の培養槽内に供給して、前記藻類を培養する工程を有しており、前記培養槽から発生する二次バイオガスを燃料ガスとして利用するものである。
図１に、本発明のバイオガス利用方法における生成ガスその他の生成物等のフローの概略を示す。図１に示すように、本発明においては、メタン発酵ガスから二酸化炭素を分離する工程を経ることなく、メタン発酵ガス（一次バイオガス）をそのまま利用する藻類培養によって、該メタン発酵ガスを二次バイオガスに変換する。
なお、本発明において、一次バイオガスとは、メタン発酵により直接得られるガスを指す。また、二次バイオガスとは、一次バイオガスを用いて藻類培養した後に培養槽から得られるガスを指す。
[How to use biogas]
The biogas utilization method of the present invention includes a step of supplying a primary biogas produced by methane fermentation into an algae culture tank and culturing the algae, and a secondary biogas generated from the culture tank Is used as fuel gas.
FIG. 1 shows an outline of the flow of the product gas and other products in the biogas utilization method of the present invention. As shown in FIG. 1, in the present invention, the methane fermentation gas is secondarily obtained by algae culture using the methane fermentation gas (primary biogas) as it is without passing through the step of separating carbon dioxide from the methane fermentation gas. Convert to biogas.
In the present invention, the primary biogas refers to a gas obtained directly by methane fermentation. The secondary biogas refers to a gas obtained from a culture tank after culturing algae using the primary biogas.
＜メタン発酵＞
メタン発酵とは、有機性廃棄物中の有機物を嫌気性細菌により分解し、メタンを生成させる方法である。本発明においては、メタン発酵を行う装置は、特に限定されるものではなく、公知のものを適用して行うことができる。
メタン発酵の原料である有機性廃棄物としては、生ごみ、食品残渣、汚泥、家畜排泄物等が挙げられ、これらは各家庭等から生じる一般廃棄物、又は産業廃棄物のいずれであるかは問わない。
メタン発酵は、生ごみ等の焼却処理や埋め立て処理の代替となり得る処理方法である。上述したように、メタン発酵ガスはカーボンニュートラルであるため、収集された生ごみ等を焼却処理する場合よりも、二酸化炭素の発生量を抑制することができるため、環境に対する負荷が低いと言える。また、前記有機性廃棄物を原料として利用するメタン発酵は、循環型社会の実現にも寄与し得るものである。
<Methane fermentation>
Methane fermentation is a method in which organic matter in organic waste is decomposed by anaerobic bacteria to produce methane. In this invention, the apparatus which performs methane fermentation is not specifically limited, It can carry out by applying a well-known thing.
Organic waste that is the raw material for methane fermentation includes food waste, food residue, sludge, livestock excrement, etc., and whether these are general waste generated from households, etc., or industrial waste It doesn't matter.
Methane fermentation is a treatment method that can be an alternative to incineration of landfills and landfills. As described above, since the methane fermentation gas is carbon neutral, it can be said that the amount of carbon dioxide generated can be suppressed as compared with the case where the collected garbage is incinerated, so that the burden on the environment is low. In addition, methane fermentation using the organic waste as a raw material can contribute to the realization of a recycling society.
（一次バイオガス）
メタン発酵により生成する一次バイオガス中には、上述したように、通常、メタンが５５〜７５体積％程度、及び二酸化炭素が２５〜４５体積％程度含まれている。
本発明においては、この一次バイオガスからメタンを精製することなく、一次バイオガスをそのまま藻類の培養槽内に供給する。
(Primary biogas)
As described above, the primary biogas produced by methane fermentation usually contains about 55 to 75% by volume of methane and about 25 to 45% by volume of carbon dioxide.
In the present invention, the primary biogas is supplied as it is into the algal culture tank without purifying methane from the primary biogas.
（消化液）
メタン発酵においては、ガス成分以外に、原料中に含まれていた窒素やリン、カリウム等の成分を含む消化液も生成される。消化液は、これらの成分を含むことから、良質な肥料として利用することができるものであり、農地等に散布する肥料とすることができることはもちろん、本発明において、藻類の培養槽内に供給し、藻類の培養のための肥料として利用することもできる。前記消化液中の窒素やリン等は、水中の藻類に吸収されやすい無機物であるため、藻類の養分として好適である。
また、前記消化液は、窒素やリン等の成分を豊富に含む培養土を調製するための配合成分として好適であり、土壌改良剤等としても利用することができる。
(Digestive fluid)
In methane fermentation, in addition to gas components, digestive juice containing components such as nitrogen, phosphorus and potassium contained in the raw material is also generated. Since the digestive juice contains these components, it can be used as a high-quality fertilizer and can be used as a fertilizer to be sprayed on farmland, etc. In addition, it can be used as a fertilizer for algae culture. Nitrogen, phosphorus, and the like in the digestive juice are inorganic substances that are easily absorbed by algae in water, and are therefore suitable as nutrients for algae.
In addition, the digestive juice is suitable as a blending component for preparing culture soil containing abundant components such as nitrogen and phosphorus, and can also be used as a soil conditioner and the like.
なお、メタン発酵においては、ガス成分及び前記消化液以外に固形物状の残渣が得られる。この残渣は、固形状燃料として利用することができる。 In methane fermentation, a solid residue is obtained in addition to the gas component and the digestive fluid. This residue can be used as a solid fuel.
＜藻類培養＞
藻類の培養は、一次バイオガスが供給される培養槽内で行われる。前記培養においては、藻類が、一次バイオガス中の二酸化炭素を消費して光合成を行うことにより、生育し、増殖する。
<Algal culture>
Algae culture is performed in a culture tank to which primary biogas is supplied. In the culture, algae grow and proliferate by consuming carbon dioxide in the primary biogas and performing photosynthesis.
一次バイオガス中には、二酸化炭素が２５〜４５体積％程度と高濃度で含まれており、このガスを藻類の培養槽に供給することにより、一次バイオガス中の二酸化炭素を藻類の光合成による培養に有効利用することができる。
一方、一次バイオガス中のメタンは、藻類の生育には特に影響せず、藻類の培養によるメタンの濃度の変動は見られない。このため、本発明においては、一次バイオガスから二酸化炭素を分離する手間を省いて、そのまま、培養槽内に供給する。
本発明においては、一次バイオガス中のメタンを二次バイオガスにおいても留まらせるため、水にはほとんど溶解しないメタンが藻類を培養する系内から逃げないように、培養液及び空間部を含む培養系は、できる限り密閉系とすることが好ましい。ただし、藻類が光合成を行うのに十分な自然光又は人工光の照射がなされる系とする必要がある。
なお、藻類の培養液のｐＨや温度等の好適な条件は、培養する藻類によって異なるため、必要に応じて適宜調整される。
The primary biogas contains carbon dioxide at a high concentration of about 25 to 45% by volume. By supplying this gas to the algae culture tank, the carbon dioxide in the primary biogas is produced by algae photosynthesis. It can be effectively used for culture.
On the other hand, methane in the primary biogas does not particularly affect the growth of algae, and there is no change in the concentration of methane due to algae culture. For this reason, in this invention, the effort which isolate | separates a carbon dioxide from primary biogas is saved, and it supplies in a culture tank as it is.
In the present invention, since the methane in the primary biogas remains in the secondary biogas, the culture medium including the culture solution and the space part is prevented so that methane that hardly dissolves in water does not escape from the system for culturing algae. The system is preferably a closed system as much as possible. However, it is necessary to use a system that is irradiated with natural light or artificial light sufficient for algae to carry out photosynthesis.
In addition, since suitable conditions, such as pH and temperature of the culture solution of algae, change with algae to culture | cultivate, they are suitably adjusted as needed.
一次バイオガスには、メタン及び二酸化炭素のほか、アンモニアや硫化水素、シロキサン、メチルメルカプタン等の微量成分が不純物として含まれている。
これらの不純物は、金属を腐食させやすいため、これらを含んだままのバイオガスを燃料ガスとして発電装置やボイラ装置等に用いることは好ましくなく、この場合には不純物を除去するための精製が必要となる。
これに対して、藻類の培養においては、前記不純物が含まれる一次バイオガスが供給される培養槽内であっても、藻類の生育には特に影響しないため、一次バイオガス中から二酸化炭素のみを分離したり、精製を要することなく、一次バイオガスをそのまま藻類培養に適用することができる。また、前記不純物は、培養液中に吸収されたり、また、機構は明らかではないが、藻類培養によって何らかの形で希釈又は変性されることによって、二次バイオガス中での濃度は低減するため、用途によっては、精製することなく、二次バイオガスを利用し得る。
In addition to methane and carbon dioxide, the primary biogas contains trace components such as ammonia, hydrogen sulfide, siloxane, and methyl mercaptan as impurities.
Since these impurities are likely to corrode metals, it is not preferable to use biogas containing these as fuel gas in power generation equipment, boiler equipment, etc. In this case, purification to remove the impurities is necessary. It becomes.
On the other hand, in the culture of algae, even in the culture tank to which the primary biogas containing the impurities is supplied, the growth of the algae is not particularly affected. The primary biogas can be directly applied to the algae culture without separation or purification. In addition, the impurities are absorbed in the culture solution, and the mechanism is not clear, but the concentration in the secondary biogas is reduced by being diluted or denatured in some form by algae culture, Depending on the application, secondary biogas can be utilized without purification.
本発明において用いられる藻類は、微細藻類であることが好ましい。微細藻類は、光合成による大気中の二酸化炭素の固定能力が高く、しかも、オイル生産能力が高いため、優れたバイオ燃料となり得る。また、微細藻類は、生育において温度等の環境変動を比較的受けにくく、通年での安定的な培養が可能であるという利点も有している。
前記微細藻類としては、光合成による生育及び増殖が速いものが好ましく、例えば、緑藻網、珪藻網、渦鞭藻網、褐色鞭毛藻網、黄藻網、ハプト藻網、プラシノ藻網、ラフィド藻網、真正眼点藻網、単細胞真核藻類、紅藻網等が挙げられる。これらは、１種単独で用いても、２種以上を併用してもよい。具体的には、増殖速度や培養のしやすさ等の観点から、ボトリオコッカス、ナンノクロロプシス、ネオクロリス、ユーグレナ、オーランチオキトリウム、シュードコリシスチス等が好適に用いられる。なお、前記微細藻類は、淡水系、海水系又は汽水系であるかは問わない。
The algae used in the present invention are preferably microalgae. Microalgae can be an excellent biofuel because of their high ability to fix carbon dioxide in the atmosphere by photosynthesis and high oil production capacity. Microalgae also has the advantage that it is relatively less susceptible to environmental fluctuations such as temperature during growth and can be stably cultured throughout the year.
As the microalgae, those that grow and multiply rapidly by photosynthesis are preferable, for example, green algae net, diatom net, dinoflagellate net, brown flagellate net, yellow algae net, hapto algae net, plasino alga net, rafido algae net , True ocular point algae, unicellular eukaryotic algae, red algae, and the like. These may be used alone or in combination of two or more. Specifically, Botryococcus, Nannochloropsis, Neochloris, Euglena, Aurantiochytrium, Pseudocollistis, etc. are preferably used from the viewpoint of growth rate and ease of culture. In addition, it does not ask | require whether the said micro algae are freshwater type, seawater type, or brackish water type.
また、前記藻類は、培養液として海水を利用できる海藻が好ましい。培養液が海水であれば、調達費用を抑制することができ、また、大量の培養液を容易に確保することができる。海藻の場合には、前記培養槽とは、海を区画した一部である海域であってもよい。また、本発明で言う「海藻」には、種子植物である「海草」も含むものとする。
前記海藻としては、光合成による生育及び増殖が速いものが好ましく、例えば、アマモ、ガラモ、アラメ、ホンダワラ、コンブ等が挙げられる。これらの海藻は、培養槽内で培養した後、海中の藻場礁や浅瀬等に移設し、さらに養殖してもよく、魚類の保育場の形成や、食用のものは養殖漁業等に供することもできる。
The algae is preferably seaweed that can use seawater as a culture solution. If the culture solution is seawater, procurement costs can be suppressed, and a large amount of culture solution can be easily secured. In the case of seaweed, the culture tank may be a sea area that is a part of the sea. The “seaweed” referred to in the present invention includes “seaweed” which is a seed plant.
As the seaweed, those that grow and multiply rapidly by photosynthesis are preferable, and examples include sea cucumber, galamo, arame, hondawala, and kombu. After these seaweeds are cultured in a culture tank, they may be relocated to seaweed reefs and shallows in the sea and further cultivated. Fish nurseries should be formed, and edible food should be used for aquaculture. You can also.
培養された藻類は、寿命後又は増殖に伴う一部除去等のために収集される場合、培養液中から回収して廃棄されるが、この廃棄される藻類は、燃料として用いることができる。特に、オイル生産能力が高い微細藻類は、乾燥後又は湿潤状態であっても、良質のバイオ燃料として利用することができる。
特に、セメント製造プラントにおいて、微細藻類は精製や粉砕等の処理を要することなく、従来、石炭燃料が投入されている箇所に、固形状の状態で投入することにより、石炭燃料の一部又は全部を代替する燃料として利用することができる。投入箇所は、具体的には、プレヒータの仮焼炉や、セメントキルン等が挙げられ、これらのうちの１ヶ所のみでも、２ヶ所以上であってもよい。好ましくは、藻類中の水分による燃焼効率の低下の影響が少ない、仮焼炉又はセメントキルンの窯尻である。
When the cultured algae are collected after the lifetime or for partial removal accompanying growth, the algae are collected and discarded from the culture solution, and the discarded algae can be used as fuel. In particular, microalgae with a high oil production capacity can be used as a high-quality biofuel even after drying or in a wet state.
In particular, in a cement manufacturing plant, microalgae do not require treatment such as refining and pulverization. Can be used as an alternative fuel. Specifically, examples of the charging location include a preheater calcining furnace, a cement kiln, and the like, and only one of them or two or more may be used. Preferably, it is a calciner or a kiln bottom of a cement kiln that is less affected by a decrease in combustion efficiency due to moisture in the algae.
培養槽は、藻類の培養速度を考慮し、複数の培養槽を準備して、時期をずらして培養を開始することが好ましい。このように、藻類の生育及び増殖状況に応じて、複数の培養槽を切り換えながら繰り返し使用することにより、二次バイオガスを安定的に得ることが可能となる。 In consideration of the culture speed of algae, it is preferable to prepare a plurality of culture tanks and start the culture at different times. In this manner, secondary biogas can be stably obtained by repeatedly using a plurality of culture tanks in accordance with the growth and proliferation conditions of algae.
（二次バイオガス）
藻類を培養する培養槽から発生する二次バイオガスは、一次バイオガスとして生成されたメタン、藻類の光合成により生成された酸素、及び光合成において消費されなかった二酸化炭素を含むものである。すなわち、一次バイオガスにおける二酸化炭素の一部が、藻類の光合成により、酸素に置換されたものである。このため、二次バイオガスは、一次バイオガスに含まれていない酸素を含んでいる。
酸素は、助燃性を有するため、二次バイオガスの燃焼効率を高める役割を果たすものであり、二次バイオガスの燃料ガスとしての利用価値を高めることができる。
二次バイオガスがメタン、二酸化炭素及び酸素のみの混合ガスであると仮定した場合、爆発限界酸素濃度は１４．６％程度と考えられる。メタン及び酸素の混合時の爆発限界上限濃度は５９．２％程度であり、一次バイオガス中の二酸化炭素がすべて酸素に置換した二次バイオガスとなってもほとんど爆発範囲に入らない。このため、二次バイオガス中の酸素濃度は４５体積％未満であることが好ましく、より好ましくは４０体積％以下であり、取り扱い時のさらなる安全性の観点から、さらに好ましくは２５体積％以下である。二次バイオガス中に残存する二酸化炭素が、不活性ガスとして爆発範囲を狭める役割を果たし、取り扱い時の安全性を確保することができる。
なお、二次バイオガス中のメタン、二酸化炭素及び酸素の各ガス濃度は、一般的なガス濃度計にて測定することができる。
(Secondary biogas)
The secondary biogas generated from the culture tank for culturing algae contains methane produced as a primary biogas, oxygen produced by photosynthesis of algae, and carbon dioxide not consumed in photosynthesis. That is, a part of carbon dioxide in the primary biogas is substituted with oxygen by algae photosynthesis. For this reason, the secondary biogas contains oxygen that is not contained in the primary biogas.
Oxygen has an auxiliary combustion property, and therefore plays a role in increasing the combustion efficiency of the secondary biogas, and can increase the utility value of the secondary biogas as a fuel gas.
Assuming that the secondary biogas is a mixed gas of only methane, carbon dioxide and oxygen, the explosion limit oxygen concentration is considered to be about 14.6%. The upper limit of explosion limit when methane and oxygen are mixed is about 59.2%, and even if it becomes a secondary biogas in which all the carbon dioxide in the primary biogas is replaced with oxygen, it hardly enters the explosion range. Therefore, the oxygen concentration in the secondary biogas is preferably less than 45% by volume, more preferably 40% by volume or less, and further preferably 25% by volume or less from the viewpoint of further safety during handling. is there. Carbon dioxide remaining in the secondary biogas plays a role of narrowing the explosion range as an inert gas, and can ensure safety during handling.
In addition, each gas density | concentration of methane in a secondary biogas, a carbon dioxide, and oxygen can be measured with a common gas concentration meter.
＜二次バイオガス利用＞
上記のようにして得られた二次バイオガスは、従来のメタン発酵ガスである一次バイオガスよりも燃焼効率の高いバイオガスであり、良質な燃料ガスである。
二次バイオガスの利用用途は特に限定されるものではないが、例えば、セメント製造プラントの、通常、石炭燃料が供給される、プレヒータの仮焼炉やセメントキルンにおいて、石炭燃料の一部又は全部を代替する燃料として好適に利用することができる。これらの箇所のうちの１ヶ所のみでも、２ヶ所以上であってもよい。
また、二次バイオガスは、発電やボイラにおける燃料ガスとしても好適に利用することができる。発電及びボイラは、いずれかのみに利用されても、両方ともに利用されてもよい。
<Use of secondary biogas>
The secondary biogas obtained as described above is a biogas having higher combustion efficiency than the primary biogas that is a conventional methane fermentation gas, and is a high-quality fuel gas.
The use of secondary biogas is not particularly limited. For example, in a preheater calcining furnace or cement kiln, which is usually supplied with coal fuel, in a cement production plant, part or all of the coal fuel is used. It can be suitably used as a fuel that replaces the above. Only one of these locations or two or more locations may be used.
Further, the secondary biogas can be suitably used as fuel gas in power generation and boilers. The power generation and the boiler may be used only for either one or both.
［バイオガス利用システム］
本発明のバイオガス利用システムは、上述したバイオガス利用方法を実施するためのシステムであり、一次バイオガス生成装置と、二次バイオガス生成装置と、燃料ガス利用装置とを備えている。
一次バイオガス生成装置は、メタン発酵により一次バイオガスを生成させる装置である。
二次バイオガス生成装置は、藻類の培養槽を有し、前記一次バイオガスを前記培養槽内に供給して前記藻類を培養し、前記藻類の光合成により二次バイオガスを生成させる装置である。
燃料ガス利用装置は、前記二次バイオガスを燃料ガスとして利用する装置である。例えば、上述した、セメント製造プラントのプレヒータの仮焼炉や、セメントキルン、また、発電装置やボイラ装置等が挙げられる。
[Biogas utilization system]
The biogas utilization system of the present invention is a system for implementing the above-described biogas utilization method, and includes a primary biogas generation apparatus, a secondary biogas generation apparatus, and a fuel gas utilization apparatus.
The primary biogas generating device is a device that generates primary biogas by methane fermentation.
The secondary biogas generator is an apparatus that has an algae culture tank, supplies the primary biogas into the culture tank, cultures the algae, and generates secondary biogas by photosynthesis of the algae. .
The fuel gas utilization device is a device that utilizes the secondary biogas as a fuel gas. For example, the calcining furnace of the preheater of a cement manufacturing plant mentioned above, a cement kiln, a power generator, a boiler apparatus, etc. are mentioned.
［バイオガス］
本発明のバイオガスは、メタン発酵ガス中の二酸化炭素の一部が酸素に置換されており、濃度が４５体積％未満の酸素を含むものである。好ましくは、濃度５５〜７５体積％のメタン、及び濃度４５体積％以下の二酸化炭素を含む。すなわち、ここで言うバイオガスの成分は、上述した二次バイオガスの成分に相当する。メタン濃度は、より好ましくは６５体積％以上、さらに好ましくは７０体積％以上である。
このようなバイオガスは、メタンを主成分とし、かつ、助燃性を有する酸素を含むため、燃焼効率の高い燃料ガスとして、特に、セメント製造プラントのプレヒータの仮焼炉や、セメントキルン、また、発電やボイラにおける燃料ガスとして好適に適用することができる。
前記バイオガスにおける酸素濃度は、爆発範囲を考慮すると、４０体積％以下とすることが好ましく、取り扱い時のさらなる安全性の観点から、より好ましくは２５体積％以下である。
[Biogas]
In the biogas of the present invention, a part of carbon dioxide in the methane fermentation gas is substituted with oxygen, and the concentration of oxygen is less than 45% by volume. Preferably, methane having a concentration of 55 to 75% by volume and carbon dioxide having a concentration of 45% by volume or less are included. That is, the biogas component referred to here corresponds to the above-described secondary biogas component. The methane concentration is more preferably 65% by volume or more, and still more preferably 70% by volume or more.
Since such a biogas contains methane as a main component and oxygen having auxiliary combustion properties, as a fuel gas with high combustion efficiency, in particular, a preheater calcining furnace of a cement production plant, a cement kiln, It can be suitably applied as fuel gas in power generation and boilers.
Considering the explosion range, the oxygen concentration in the biogas is preferably 40% by volume or less, and more preferably 25% by volume or less from the viewpoint of further safety during handling.
Claims (12)
藻類の培養槽を有し、前記一次バイオガスを前記培養槽内に供給して前記藻類を培養し、前記藻類の光合成により二次バイオガスを生成させる二次バイオガス生成装置と、
前記二次バイオガスを燃料ガスとして利用する燃料ガス利用装置と
を備える、バイオガス利用システム。 A primary biogas generator for generating primary biogas by methane fermentation;
A secondary biogas generation device that has an algae culture tank, supplies the primary biogas into the culture tank, cultures the algae, and generates secondary biogas by photosynthesis of the algae;
A biogas utilization system comprising: a fuel gas utilization device that utilizes the secondary biogas as a fuel gas.
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113692971A (en) * | 2021-08-03 | 2021-11-26 | 安徽水部落环保科技有限公司 | Vegetable planting system based on biogas slurry purification |
| JP7448576B2 (en) | 2022-03-01 | 2024-03-12 | 本田技研工業株式会社 | Methane purification method and equipment |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003055077A (en) * | 2001-08-15 | 2003-02-26 | Nikki-Bioscan Co Ltd | Fertilizer response accelerator-containing fertilizer and method of manufacturing the same |
| JP2003088838A (en) * | 2001-09-18 | 2003-03-25 | Mori Plant:Kk | Recycling system of food waste |
| CN101285075A (en) * | 2008-05-27 | 2008-10-15 | 南京工业大学 | Coupling process of marsh gas fermentation and culture of autotrophic freshwater microalgae |
| CN102392052A (en) * | 2011-09-22 | 2012-03-28 | 复旦大学 | Biogas purification method by culturing autotrophic freshwater microalgae with biogas slurry |
| CN104762331A (en) * | 2015-03-31 | 2015-07-08 | 中国科学院南海海洋研究所 | Method and culture device for coupling biogas fermentation with microalgae culture |
-
2017
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003055077A (en) * | 2001-08-15 | 2003-02-26 | Nikki-Bioscan Co Ltd | Fertilizer response accelerator-containing fertilizer and method of manufacturing the same |
| JP2003088838A (en) * | 2001-09-18 | 2003-03-25 | Mori Plant:Kk | Recycling system of food waste |
| CN101285075A (en) * | 2008-05-27 | 2008-10-15 | 南京工业大学 | Coupling process of marsh gas fermentation and culture of autotrophic freshwater microalgae |
| CN102392052A (en) * | 2011-09-22 | 2012-03-28 | 复旦大学 | Biogas purification method by culturing autotrophic freshwater microalgae with biogas slurry |
| CN104762331A (en) * | 2015-03-31 | 2015-07-08 | 中国科学院南海海洋研究所 | Method and culture device for coupling biogas fermentation with microalgae culture |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113692971A (en) * | 2021-08-03 | 2021-11-26 | 安徽水部落环保科技有限公司 | Vegetable planting system based on biogas slurry purification |
| CN113692971B (en) * | 2021-08-03 | 2023-02-28 | 安徽水部落环保科技有限公司 | Vegetable planting system based on biogas slurry purification |
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