JP2020512423A - バイオガス混合及び検証システム並びに方法 - Google Patents

バイオガス混合及び検証システム並びに方法 Download PDF

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Abstract

バイオガス原料流の選択的なサンプリング及び分析と、バイオガス原料流への既知のより高いエネルギー含有量の精製ガスの制御された注入とにより、バイオガス原料流のエネルギー含有量プロファイルを制御して増大させて、予め設定された最小量を満たすか又はそれを超える、増大されたエネルギー含有量プロファイルを有する混合バイオガスを製造してエンドユーザの要求を満たすための、バイオガス混合及びエネルギー含有量検証システム並びに方法である。【選択図】 図２

Description

（関連出願の相互参照）
このＰＣＴ国際出願は、２０１７年１１月２０日に出願された米国出願第１５８１７７１０号及び２０１６年１２月２日に出願された米国仮出願第６２／４２９，４０９号の優先権を主張する。
本発明は、バイオガス源を処理する精製システムと共に使用されることに適するバイオガス混合及び検証システムに関する。成分及び燃焼エネルギープロファイルの分析のために、多段精製システムなどの第１の供給源からのバイオガス原料流をサンプリングする。燃焼エネルギー含有量プロファイルが予め設定された最小量を下回ったことを検出した場合、制御ユニットは、精製ガスが既知のエネルギー含有量を有する精製ガス流に配置された弁を作動させて、精製ガスをバイオガス原料流に注入して、混合バイオガスを生成する。その後に、混合バイオガスをサンプリングして、要求及び／又はエンジン仕様を満たす所定のエネルギー含有量閾値に達したことを確認する。
バイオメタン、沼気、埋立地ガス及び消化ガスとも呼ばれるバイオガスは、主にメタンと二酸化炭素を生じる、酸素の存在なしでの廃棄物の分解などの嫌気性消化の生成物である。適切な純度に適切に処理した後、得られるバイオガスは、環境に優しい／再生可能な燃料又は天然ガス自動車／エンジン用の燃料として使用可能である。バイオガスを処理するシステムを記載している米国特許第９，５３５，０４５号には、多段バイオガス処理用のそのようなシステムが詳述されている。その特許の内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
バイオガスの幾つかの発生源及び収集源は、廃水処理、固形廃棄物及び／埋め立ての処分及び管理、食品加工工場、及び農場の動物廃棄物の処理を含む農業産業などの幅広い分野にわたって存在する。
しかし、燃料源として効果的に使用可能となる前に、バイオガスを処理する必要がある。そのような処理は、バイオガス出力流に見られる典型的な不純物の除去及び／又は最小化を必要とする。所望の最終生成物が高品質のガス流、Ｈ２Ｓ、硫黄種、シロキサン、ＣＯ２、消化生成ＶＯＣ（揮発性有機化学物質）及び酸素を提供することを意図している場合、洗浄は、微粒子除去から開始し、その後に水の除去が続く。要求される純度／エネルギー含有量基準に従って、得られる洗浄ガスは、自動車に動力を供給するＣＮＧ（圧縮天然ガス）として利用することができる。
処理済みバイオガスを天然ガス自動車（ＮＧＶ）燃料又は圧縮天然ガス（ＣＮＧ）として使用する純度要件は、ＩＳＯ １５４０４−２００６などの規格によって定められている。洗浄に加え、該規格は、ガスを高圧、例えば、６０００ｐｓｉｇで圧縮するために全ての水分を除去することを要求する。このような処理の成功は、サンプルの採取と分析によって再度確認する必要がある。
特に、ＣＮＧとの関連においては、得られたバイオガス流からの予め設定されたエネルギー含有量の維持を確実にし、その含有量が予め設定された最小燃焼エネルギープロファイル閾値を下回ったときに、精製ガスをバイオガス流と混合することにより増大させるシステム及び方法が必要である。
米国特許第９，５３５，０４５号
本発明は、予め設定された最小燃焼エネルギー閾値でバイオガス流の設定されたエネルギー含有量を検出し、増大させ、維持するシステム及び方法を提供することを目的とする。
本発明は、既知のエネルギー含有量の精製ガスをバイオガス原料流と選択的に導入し混合して、所定のエネルギー含有量閾値を満たす混合バイオガス出力を生成する新規なシステム及び方法を提供することを別の目的とする。
本発明は、既知のエネルギー含有量の要求に適合するバイオガス出力を生成することを更なる目的とする。
本発明は、バイオガスを混合して、精製制御ガス及びバイオガス原料流のそれぞれの流量を検出、監視及び調整することに部分的に依存する限界燃焼エネルギープロファイルを達成するシステム及び方法を提供することを更なる目的とする。
さらに、本発明は、処理済みバイオガスのエネルギー含有量レベルを自動的に監視し、選択された閾値を下回るエネルギー含有量を検出したときに、精製ガスを添加してそのエネルギー含有量を増大させるガス混合システムを提供することを更なる目的とする。
これら及び他の目的のうちの幾つかは、第１のエネルギー含有量を有するバイオガス原料流を供給するバイオガス原料供給源と、エネルギー含有量分析のために前記バイオガス原料流からサンプルを採取する第１のサンプル採取プローブと、エネルギー含有量を分析し、その分析を表すデータ信号を生成する分析器と、前記エネルギー含有量分析データ信号を受信し、それに応答して制御信号を送信する制御ユニットと、前記バイオガス原料流と選択的に流体連通し、前記第１のサンプル採取プローブの下流に配置され、その第１のエネルギー含有量を超える既知のエネルギー含有量を有する精製ガスを選択的に供給する精製ガス供給源と、送信信号に応答する前記制御ユニットと信号通信する弁であって、前記精製ガス供給源からの精製ガスを制御し、第１の開位置と第２の閉位置との間で作動可能であり、前記第１の開位置にあるときに、前記第１のエネルギー含有量が所定の最小量を下回ったことを検出すると、前記精製ガスをバイオガス原料流に選択的に導入して、混合バイオガス流を生成する弁と、前記混合バイオガス流からサンプルを採取する第２のサンプル採取プローブであって、前記精製ガス入力源の下流に配置され、前記混合バイオガス流のエネルギー含有量分析及び前記所定の閾値を満たすか又はそれを超えるかというエネルギー含有量検証に用いられる第２のサンプル採取プローブと、前記混合バイオガス流の出力と、を含むことを特徴とする、ガス混合システムによって達成される。
本発明は、前述の実施形態の更なる実施形態を提供し、該実施形態は、前記弁が前記制御ユニットと電気信号通信を行って、前記バイオガス流に導入された精製ガスの流れを調整する電気作動式電磁弁であることを特徴とする。
本発明は、前述の実施形態のいずれか１つの別の実施形態を提供し、該実施形態は、バイオガス原料流からのサンプルの採取が連続的であることを特徴とする。
本発明は、前述の実施形態の別の実施形態を提供し、該実施形態は、さらにバイオガス原料流からのサンプルの採取が周期的であることを特徴とする。
本発明は、前述の実施形態のいずれか１つの別の実施形態を提供し、該実施形態は、混合バイオガスからのサンプルの採取が周期的であることを特徴とする。
本発明は、前述の実施形態のいずれか１つの実施形態を提供し、該実施形態は、さらにバイオガス原料流に関連し、バイオガス原料流の流量を表す信号を検出し生成するために用いられ、前記制御ユニットと信号通信する第１の流量センサを含むことを特徴とする。
本発明は、前述の実施形態の別の実施形態を提供し、該実施形態は、さらに、前記精製ガス供給源に関連し、前記制御ユニットと信号通信して、精製ガス流量を表す信号を検出し生成する第２の流量センサを含むことを特徴とする。
本発明は、前述の実施形態のいずれか１つの別の実施形態を提供し、該実施形態は、さらに、混合バイオガスの均一性を高める精製ガス衝突チューブを含むことを特徴とする。
本発明は、前述の実施形態の更なる実施形態を提供し、該実施形態は、衝突チューブが、軸方向の孔と、バイオガス原料流の実質的な断面にわたって精製ガスを注入するための、間隔を置いて半径方向に配置された精製ガスポートとを有する細長いシリンダーであることを特徴とする。
本発明は、前述の実施形態のいずれか１つの別の実施形態を提供し、該実施形態は、分析器がデュアルストリームガスクロマトグラフであることを特徴とする。
本発明は、前述の実施形態のいずれか１つの別の実施形態を提供し、該実施形態は、さらに、サンプル採取分配パネルを含むことを特徴とする。
本発明は、前述の実施形態のいずれか１つの別の実施形態を提供し、該実施形態は、混合及び非混合バイオガスサンプルは、ヒートトレースチューブを用いて、それぞれのサンプル採取プローブから分析器に伝達されることを特徴とする。
本発明は、前述の実施形態のいずれか１つの別の実施形態を提供し、該実施形態は、さらに、サンプル採取プローブと分析器との間に流体連通するように配置されて、バイオガス原料流から抽出されたサンプルの気相安定性を維持する第１のサンプル調整器を含むことを特徴とする。
本発明は、前述の実施形態の別の実施形態を提供し、該実施形態は、さらに、第２の採取プローブと関連する第２のサンプル調整器を含むことを特徴とする。
本発明は、前述の実施形態のいずれか１つの別の実施形態を提供し、該実施形態は、さらに、プロセッサ、スクリーン及び入力装置を有するシステムインタフェースであって、制御ユニットに制御信号を送信して、システムデータを受信するために、制御ユニットと信号通信する、システムインタフェースを含むことを特徴とする。
本発明の前述及び他の目的は、システムインタフェースと、精製ガス供給源に配置された作動弁と信号通信する制御ユニットとを含むガス混合システムを用いて、選択された範囲の第３のエネルギー含有量を有する混合バイオガスを提供するように、第１のエネルギー含有量を有する第１の供給源からのバイオガス原料流を、前記第１のエネルギー含有量より高い既知のエネルギー含有量を有する第２の精製ガス供給源からの精製ガスと混合する方法であって、ａ）バイオガス原料流からサンプルを抽出し、ｂ）エネルギー含有量分析器により分析し、バイオガス原料流のエネルギー含有量に対応するデータを生成するために、抽出されたサンプルを調整し、ｃ）バイオガス流が予め設定された最小量より少ないエネルギー量を有するか否かを判定し、ｄ）第１のエネルギー含有量が予め設定された最小量を下回ったことを検出した場合、精製ガスをバイオガス原料流に注入して混合バイオガスを形成するために、制御ユニットにより、制御信号を生成し、制御信号を前記作動弁に伝達し、ｅ）混合バイオガスのサンプルを抽出し、そのエネルギー含有量を分析して、第３のエネルギー含有量が予め設定された最小量を超えていることを検証し、そして混合バイオガスを出力するステップを含む方法によって達成される。
本発明は、前述の実施形態の更なる実施形態を提供し、該実施形態は、さらに、バイオガス原料流の流量と、バイオガス原料流に注入された精製ガスの流量とを計測し、計測されたそれぞれの流量に基づいて、流量比を生成するステップを含むことを特徴とする。
本発明は、第１の供給源からのバイオガス原料流の特性を監視し、既知の上昇したエネルギー含有量値を有する天然ガス又はプロパン等の精製ガス供給源からの精製ガスの導入を制御して、特定の規格及び／又は設定されたＣＮＧエンジン保証プロトコルの要求を満たす増大エネルギー含有量を備えた混合バイオガスを生成することに適するバイオエネルギー含有量及び混合システムを提供する。
ガス混合システムは、前述の米国特許第９，５３５，０４５号に記載されているように、バイオガス原料流を提供する多段システムと組み合わせて容易に使用可能である。バイオガス原料流の全エネルギー含有量を増大させることに適する燃焼エネルギープロファイルを有する精製ガス流は、バイオガス原料流に選択的に導入される。
例示的な実施形態では、ガス混合システムは、ガス混合パイプ部分の前後の位置で、バイオガス原料及び混合バイオガス流に配置された少なくとも第１及び第２のサンプル採取プローブを含む。第１のサンプル採取プローブは、バイオガス原料流から非混合サンプルを抽出し、それをガスクロマトグラフ（ＧＣ）などの適切な分析器に直接伝達するために用いられる。非混合バイオガスの燃焼エネルギーレベルが予め選択された最小量を下回ったことが検出されると、制御ユニットからの信号が、精製ガス供給源とバイオガス原料流との間に配置された作動弁（例えば、電気機械式、電磁弁等）を開くために送信される。作動すると、弁は、閉位置から調節された開位置又は全開位置に切り替わり、精製ガスをバイオガス原料流に導入して、より高い全エネルギー含有量を有する混合バイオガスを生成する。下流に配置された第２のサンプル採取プローブは、精製ガス注入の下流で混合バイオガスのサンプルを抽出し、成分／エネルギー含有量評価のために分析器に送る。混合バイオガスサンプルから取得されたデータは、分析器から制御ユニットに送信されて、エンドユーザの品質要求を満たすために必要なエネルギー含有量の向上の達成を検証する。データはまた、バイオガス原料流に過剰の精製ガスを導入することによって生じる廃棄物を最小限に抑えるため、バイオガス原料流に注入された精製ガスの流量を制御するためにも用いられる。
バイオガス原料流への精製ガスの導入は、必ずしも連続的ではない。第１回の採取からの非混合バイオガス原料流の成分／エネルギー含有量が十分であると判定されたときは、バイオガス原料流のエネルギープロファイルを増大させる必要がない。この場合、制御ユニットは、作動弁を閉位置に維持し、精製ガスを混合せずに、バイオガス原料流をシステムの出力に送ることを可能にする。
本発明のガス混合方法及びシステムは、また非混合バイオガス原料流の流れと、精製ガス流の流れを検出し測定する流量センサを組み込んで、制御ユニットに信号を送信することができる。得られた流量判定は、それぞれのバイオガス流及び精製ガス入力のエネルギー含有量分析の判定を補足するために追加のデータを提供する。そのような流量測定は、適切な混合物が得られたことを確認する冗長な代替測定として精度を向上させており、バイオガス原料流に注入される精製ガスの量を増減する必要性を知らせることができる。処理された流量データが、精製ガス流量を増減する必要があることを示している場合、制御ユニットは、弁により精製ガス流量を調整する必要性を示す信号を送信する。
本発明のガス混合方法及びシステムはまた、注入点に付属の精製ガス衝突チューブを組み込んで、精製ガスがバイオガス原料流へより均一な断面で導入されるよう促進することができる。
本明細書で使用される用語は、特定の実施形態を説明するためのものであり、本発明を限定することを意図するものではない。
本明細書で使用されるように、単数形「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、文脈が明らかにそうでないことを示さない限り、複数形も含むことを意図している。基本用語「含む」及び／又は「有する」は、本明細書に使用される場合、記載された特徴、ステップ、操作、要素及び／又は構成要素の存在を特定するが、少なくとも１つの他の特徴、ステップ、操作、要素、構成要素及び／又はそれらの群の存在又は追加を排除するものではないことがさらに理解されよう。
本明細書で使用されるように、用語「特徴」、「含む」、「包含する」、「備える」、「具備する」、「含有する」、「有する」、又はそれらの任意の他の変形は、非排他的な包含をカバーすることを意図している。例えば、一連の特徴を含むプロセス、方法、物品又は装置は必ずしもこれらの特徴に限定されないが、そのようなプロセス、方法、物品又は装置に明示的に記載されないか又はそれらに固有のものでない他の特徴を含むことができる。
定義上の目的のために、本明細書で使用されるように、「接続」は、直接的又は間接的、固定的又は調整可能な取り付けに関らず、物理的取り付けを含む。従って、特定されない限り、「接続」は、いずれの操作上の機能的な接続も含むことを意図している。
この詳細な説明において、「一実施形態」、「実施形態」又は「実施形態では」は、参照される特徴が本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。さらに、「一実施形態」、「実施形態」、又は「いくつかの実施形態」への他の参照は、必ずしも同じ実施形態を参照するものではないが、そのような実施形態は、記載されていない限り、また当業者には容易に明らかである場合を除いて、相互に排他的でもない。したがって、本発明は、本明細書に記載の実施形態の任意の様々な組み合わせ及び／又は統合を含み得る。
本明細書中で使用されるように、逆のことが明示的に記載されていない限り、「又は」は排他的でなく、包括的な「又は」を意味する。例えば、条件Ａ又はＢは、Ａが真（又は存在）でＢが偽（又は存在しない）であり、Ａが偽で（又は存在しない）Ｂが真（又は存在）であり、ＡとＢの両方が真である（又は存在する）ことのうちのいずれか１種によって満たされる。
本明細書で使用されるように、「実質的に」「一般的に」及び他の程度に関する用語は、そのように修飾された特性からの許容可能な変化を示すことを意図した相対的修飾語である。本明細書は、変更している絶対値又は特性に限定されることを意図していないが、その反対のものよりも物理的又は機能的な特性の方が多く、好ましくは、そのような物理的又は機能的特性に近づく又は近似することを意図している。
以下の説明では、本発明を実施することができる特定の実施形態の例証によって示された添付の図面を参照する。以下の例示的な実施形態は、当業者が本発明を実施することを可能にするために、以下の例示的な実施形態を十分に詳細に説明する。他の実施形態を利用してもよく、現在既知の構造的及び／又は機能的等価物に基づく構造的変更を本発明の範囲から逸脱せずに行うことができることが理解されるべきである。
図１は、従来技術の多段バイオガス精製システムのフローチャートの一例を示す。 図２は、本発明の一実施形態に係るバイオガス混合及び検証システムのプロセスフローチャートを示す。 図３は、本発明の第２の実施形態に係るバイオガス混合及び検証システムのプロセスフローチャートを示す。
図１は、処理の４つの異なるレベルを有する従来技術の多段バイオガス精製システム１０を示す。開示された多段精製システム１０は、その内容全体が参照により本明細書に組み込まれる米国特許第９，５３５，０４５号の主題を含むタイプのものである。
図２は、本発明の焦点であるガス混合システム２０を示す。ガス混合システム２０は、多段精製システム１０の精製バイオガス出力レベル２２に接続される。約９００〜９５０ＢＴＵの値を有する洗浄されたバイオガスは、多段精製システム１０から除去され、バイオガス原料流は、バイオガス原料導管２２を介して伝達され、非混合バイオガス原料流をサンプリングする第１のサンプル採取プローブ２４を通過する。バイオガス原料流は、第１のガスサンプル調整ユニット２８に伝達されて、サンプルを採取口から分析器に損傷を与えない圧力で通過させるのに必要な圧力降下の間、適切な圧力及び温度を保証する。そのような調整ユニットの一例は、その内容が参照により本明細書に組み込まれる米国特許第７，４８４，４０４号及びその子出願に記載され開示されているムスタングモデル２サンプル調整システムなどである。
調整器から離れた分析器３０を有する実施形態では、調整されたバイオガスサンプルは、好ましくは、熱安定化ヒートトレースチューブ２６を通してサンプル調整ユニット２８からサンプル分析アレイ内の分析器３０に伝達される。このタイプの熱トレース電力供給は、米国特許第７，１６２，９３３号に記載されており、その内容は参照により本明細書に組み込まれる。分析器３０は、好ましくは、エマソンから入手可能なＲＯＳＥＭＯＵＮＴ ５７０クロマトグラフのような、複数のガスサンプル流のＢＴＵ値を測定できる多入力機能を有する。
分析器３０によるサンプル分析に続いて、データは、ＰＬＣ／ＰＩＤコントローラ（例示的な実施形態ではＷＡＴＬＯＷコントローラである）のような制御ユニット３２に伝達され、プロセッサ、タッチスクリーン及び入力装置を有するシステムインタフェース３４を用いて表示される。システムインタフェース３４は、好ましくはラップトップ又はそれに結合された他のディスプレイと関連する。制御ユニット３２によって処理されたデータとエンドユーザのエネルギー含有量の要求に基づいて、精製ガス導管３８内の電磁弁等の作動弁３６は、制御ユニット３２によって開かれ、既知のエネルギー含有量を有する精製ガス供給源４０からの大量の精製ガスと、バイオガス原料導管２２内のバイオガス流との混合を促進する。精製ガス供給源４０は、好ましくはプロパン又は高い既知のエネルギー含有量レベルを有する高純度天然ガス等の供給源であり、バイオガス原料流と混合されるときにバイオガス原料流内のバイオガスの全エネルギー含有量が増大する。
弁３６は、制御ユニット３２と信号通信、例えば無線又は電気通信し、精製ガス導管３８により精製ガスの流れを調整するように協働する。バイオガス流サンプルからのデータによって、サンプルの非混合状態の既存の成分特性が、所望の品質要件を満たすのに十分であることが立証された場合、精製ガスをバイオガス原料流に導入する必要はない。そのような場合、制御ユニット３２は、作動弁３６が閉位置に作動する／閉位置にとどまることを確実にすることにより、混合されたバイオガスが保管又は他の用途のために下流に流れることを可能にする。しかしながら、より一般的には、バイオガス原料流は、規定の最小閾値より低いエネルギー含有量レベルを有する。この場合、エネルギー含有量の増大が必要である。
そのような増大を達成するために、図２の開示された実施形態は、バイオガス原料導管２２と精製ガス導管３８との交差部に配置された接合部４２を特徴とする。精製ガス流は精製ガス導管３８を流れると共に、混合パイプ接合部４２でバイオガス原料流に注入される。
得られた混合バイオガス流は下流に移動し、ガス混合パイプ接合部４２から第２のインラインサンプル採取プローブ４４を通過して出力に向かう。サンプルは採取口から抽出され、サンプル調整器ユニット４８を通過し、分析器に送られる。システムが第２の分析器５０を含む場合、サンプルは直接それに送られるか、又は図に示すように、元のバイオガス原料流の分析に使用された同じ分析器３０に対して、混合バイオガスサンプルの制御された連続分配を可能にするマニホールド、又は分析器分配パネルを介して送られる。分析器３０に直接送られる場合、サンプル伝達導管は、制御ユニットに連結された電磁作動弁４６を含み、採取プローブ２４から分析器に送られる非混合サンプルからの任意の入力によるラインを確実に分離し、同様に、非混合サンプル導管は、遮断弁４６を含み、分析器３０への流れの望ましくない混合を防止すると共に、複数のサンプル流のガス特性分析用の分析器３０に入力される混合及び非混合ガスサンプルの動作制御を提供する。
サンプル採取口から分析器３０への伝達、場合によっては第２の分析器５０への混合バイオガス流の伝達に続いて、エネルギー含有量分析データは、制御ユニット３２に伝達される。非混合バイオガス原料流のガス燃焼プロファイルがエンドユーザの予め設定された最小量の要求を満たすとき、弁３６は閉じたままである。しかしながら、最小量が破られると、制御ユニット３２は、作動信号を送信して弁３６を開き、精製ガスをバイオガス原料流に導入し、そして混合バイオガスを生成する。次いで、混合バイオガスに対して、サンプルの採取を定期的又は連続的に行い、かつ分析を行って、混合バイオガスのエネルギー含有量を評価し、最小エネルギー含有量の要求が満たされていること、また満たされ続けることを保証する。十分なエネルギー含有量を有するバイオガス原料流を検出すると、制御ユニット３２は、電磁弁を作動解除して、バイオガス原料流への精製ガスの導入を防止する。
プロセッサ／システムインタフェース３４に関連するＳＯＦＴＶＩＥＷなどのサービスプログラムを用いて、操作員は、所望のバイオガス燃焼プロファイルを提供するのに適した流量比を維持することができる。実施形態では、ＷＡＴＬＯＷコントローラは、ＧＣユニットからの信号入力障害を検出すると自動的に流れ調整に切り替わる。これにより、効率を向上させ、ダウンタイムを短縮し、生産性と利益を向上させる。操作員は、システムコントローラ３２を手動モードに任意に切り替えることによって、自動流れ調整を無効にすることができる。
図３は、本発明に係るバイオガス混合システム２０の第２の実施形態を示しており、分析器３０及び第２の分析器５０は、データをシステムインタフェース３４に直接送信し、システムインタフェース３５は制御ユニット３２と信号通信を確立する。バイオガス混合システム２０は、ウェストバージニア州レーヴンズウッドのムスタングサンプリングから入手可能なＭＭＡＤＰ等のモジュール分配パネル４５をさらに含み、分析器（３０、５０）にそれぞれ伝達される混合バイオガスサンプルの圧力を選択的に遮断し制御する。
実施形態はまた、分析器からのエネルギー含有量の測定結果と検出器５４によって生成された流量データへの即時アクセスを操作員に提供するシステム操作員制御室５２を含み得る。図に示すように、制御室５２は制御ユニット３２に接続されると共に、任意の操作員に対して、システム内の電気作動式電磁弁のいずれかに対する手動オーバーライド制御を提供することにより、バイオガス原料流の出力とその中の精製ガス注入を制御する。制御室５２はまた、エネルギー監査文書を保管し作成するデータ記録機能を含み得る。
好ましい実施形態では、接合部４２における２つの流れの均一な混合を促進し、精製ガスは、バイオガス原料流の中に突出する衝突チューブを通してバイオガス流の中に導入することができる。衝突チューブの長さに沿って所定の間隔で半径方向に配置された一連の軸方向孔を設けることにより、精製ガスとバイオガス原料流とのより均一な混合を促進し、ひいてはより均質な混合製品を得る。
本発明の精神及び範囲内に含まれると考えられる更なる変更において、図２に示す２流クロマトグラフを組み込んだシステムは、有効な精製ガス注入量の冗長表示に基づく流量測定、及び／又はクロマトグラフがオフラインになった場合やメンテナンスが必要な場合、操作員が操作を継続できる機能のいずれかを提供する流量制御ループを含む。ループは単独で使用された場合に確認を提供しないが、流量測定により、流量制御ループの存在は、操作員の判断で精製ガス混合の継続を可能にする。そのような実施形態は、制御ユニット３２と、バイオガス原料導管２２及び精製ガス導管３８との間にそれぞれ直列に配置された、ＲＯＳＥＭＯＵＮＴモデル３０５１５ＦＰインテグラルオリフィストランスミッタなどの流量トランスミッタ５４を含む。流量トランスミッタ５４は、バイオガス原料流導管２２と、作動される場合には精製ガス導管３６のそれぞれの流量を計測する。表示された流量比は、混合出力流の、推定されたが未確認のＢＴＵレベル／エネルギー含有量を示す。クロマトグラフによる分析と組み合わせると、流量トランスミッタ５４によって検出された流量は、作動弁３６を通る流量に対する調整を計算するために使用することができる。
当業者であれば、前述の明細書及び関連図面に提示された教示によって、本発明と関係する本発明の多くの変更及び実施形態を想起し得るものと理解される。従って、本発明は、本明細書に開示された特定の実施形態に限定されず、本発明の多くの変更及び他の実施形態も、本発明の特許範囲内に含まれるものと理解されるべきである。さらに、本明細書では特定の用語を使用しているが、それらは、一般的かつ説明的な意味でのみ使用しており、本発明の説明を限定するためのものではない。
本発明は、バイオガス原料流のエネルギー含有量が予め設定された最小閾値を下回ったときに、既知のより高いエネルギー含有量の精製ガスを生バイオガス原料流と混合することによって、バイオガス流出力の燃焼エネルギープロファイルがエンドユーザの要求を満たすことを保証するのに有用である。
１０ 多段精製システム
２０ バイオガス混合システム
２２ バイオガス原料導管
２４ 第１のサンプル採取プローブ
２６ 熱安定化ヒートトレースチューブ
２８ 第１のガスサンプル調整ユニット
３０ 分析器
３２ 制御ユニット／システムコントローラ
３４ システムインタフェース
３６ 作動弁
３８ 精製ガス導管
４０ 精製ガス供給源
４２ 接合部
４４ 第２のインラインサンプル採取プローブ
４５ モジュール分配パネル
４６ 電磁作動弁／遮断弁
４８ サンプル調整器ユニット
５０ 第２の分析器
５２ 制御室
５４ 流量トランスミッタ

Claims (17)

  1. 第１のエネルギー含有量を有するバイオガス原料流を供給するバイオガス原料供給源と、
    エネルギー含有量分析のために前記バイオガス原料流からサンプルを採取する第１のサンプル採取プローブと、
    エネルギー含有量を分析し、その分析を表すデータ信号を生成する分析器と、
    前記エネルギー含有量分析データ信号を受信し、それに応答して制御信号を送信する制御ユニットと、
    前記バイオガス原料流と選択的に流体連通し、前記第１のサンプル採取プローブの下流に配置され、その第１のエネルギー含有量を超える既知のエネルギー含有量を有する精製ガスを選択的に供給する精製ガス供給源と、
    送信信号に応答する前記制御ユニットと信号通信する弁であって、前記精製ガス供給源からの精製ガスを制御し、第１の開位置と第２の閉位置との間で作動可能であり、前記第１の開位置にあるときに、前記第１のエネルギー含有量が所定の最小量を下回ったことを検出すると、前記精製ガスをバイオガス原料流に選択的に導入して、混合バイオガス流を生成する弁と、
    前記混合バイオガス流からサンプルを採取する第２のサンプル採取プローブであって、前記精製ガス入力源の下流に配置され、前記混合バイオガス流のエネルギー含有量分析及び前記所定の閾値を満たすか又はそれを超えるかというエネルギー含有量検証に用いられる第２のサンプル採取プローブと、
    前記混合バイオガス流の出力と、を含むことを特徴とするガス混合システム。
  2. 前記弁は、前記制御ユニットと電気信号通信を行って、前記バイオガス流に導入された精製ガスの流れを調整する電気作動式電磁弁である、ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
  3. 前記バイオガス原料流からのサンプルの採取が連続的である、ことを特徴とする請求項１〜２のいずれか１項に記載のシステム。
  4. 前記バイオガス原料流からのサンプルの採取が周期的である、ことを特徴とする請求項１〜２のいずれか１項に記載のシステム。
  5. 前記混合バイオガスからのサンプルの採取が周期的である、ことを特徴とする請求項４に記載のシステム。
  6. さらに、前記バイオガス原料流に関連し、前記バイオガス原料流の流量を表す信号を検出し生成するために用いられ、前記制御ユニットと信号通信する第１の流量センサを含む、ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
  7. さらに、前記精製ガス供給源に関連し、前記制御ユニットと信号通信して、前記精製ガス流量を表す信号を検出し生成する第２の流量センサを含む、ことを特徴とする請求項６に記載のシステム。
  8. さらに、混合バイオガスの均一性を高める精製ガス衝突チューブを含む、ことを特徴とする請求項１及び７のいずれか１項に記載のシステム。
  9. 前記衝突チューブは、軸方向の孔と、前記バイオガス原料流の実質的な断面にわたって精製ガスを注入するための、間隔を置いて半径方向に配置された精製ガスポートとを有する細長いシリンダーである、ことを特徴とする請求項８に記載のシステム。
  10. 前記分析器は、デュアルストリームガスクロマトグラフである、ことを特徴とする請求項１及び７のいずれか１項に記載のシステム。
  11. さらに、サンプル採取分配パネルを含む、ことを特徴とする請求項１及び７のいずれか１項に記載のシステム。
  12. 混合及び非混合バイオガスサンプルは、ヒートトレースチューブを用いて、それぞれのサンプル採取プローブから前記分析器に伝達される、ことを特徴とする請求項１及び７のいずれか１項に記載のシステム。
  13. さらに、前記サンプル採取プローブと前記分析器との間に流体連通するように配置されて、前記バイオガス原料流から抽出されたサンプルの気相安定性を維持する第１のサンプル調整器を含む、ことを特徴とする請求項１及び７のいずれか１項に記載のシステム。
  14. さらに、前記第２の採取プローブと関連する第２のサンプル調整器を含む、ことを特徴とする請求項１３に記載のシステム。
  15. さらに、プロセッサ、スクリーン及び入力装置を有するシステムインタフェースであって、前記制御ユニットに制御信号を送信して、システムデータを受信するために、前記制御ユニットと信号通信する、システムインタフェースを含む、ことを特徴とする請求項１及び７のいずれか１項に記載のシステム。
  16. システムインタフェースと、精製ガス供給源に配置された作動弁と信号通信する制御ユニットとを含むガス混合システムを用いて、選択された範囲の第３のエネルギー含有量を有する混合バイオガスを提供するように、第１のエネルギー含有量を有する第１の供給源からのバイオガス原料流を、前記第１のエネルギー含有量より高い既知のエネルギー含有量を有する第２の精製ガス供給源からの精製ガスと混合する方法であって、
    ａ）前記バイオガス原料流からサンプルを抽出し、
    ｂ）エネルギー含有量分析器により分析し、前記バイオガス原料流のエネルギー含有量に対応するデータを生成するために、抽出されたサンプルを調整し、
    ｃ）前記バイオガス流が予め設定された最小量より少ないエネルギー量を有するか否かを決定し、
    ｄ）前記第１のエネルギー含有量が予め設定された最小量を下回ったことを検出した場合、前記制御ユニットによって制御信号を生成し、精製ガスを前記バイオガス原料流に注入して混合バイオガスを形成するために、前記制御信号を前記作動弁に伝達し、
    ｅ）前記混合バイオガスのサンプルを抽出し、そのエネルギー含有量を分析して、前記第３のエネルギー含有量が予め設定された最小量を超えていることを検証し、そして混合バイオガスを出力するステップを含む、ことを特徴とする方法。
  17. さらに、前記バイオガス原料流の流量と、前記バイオガス原料流に注入された前記精製ガスの流量とを計測し、計測されたそれぞれの流量に基づいて、流量比を生成するステップを含む、ことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
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