JP2023117785A - メタン生成システム及びメタン生成方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】硫化水素を含む二酸化炭素ガスを用いてメタンガスを生成した場合でも、生成されたメタンガス中から硫化水素を除去可能なメタン生成システムを提供すること。【解決手段】メタン生成槽１を用いて、二酸化炭素含有ガスからメタンを生成するメタン生成システムにおいて、該メタン生成槽１内にメタン生成菌が付着する充填材を備えた担体充填層１ａを設け、生物脱硫塔２内に硫黄酸化細菌が付着する充填材を備えた担体充填層２ａを設け、二酸化炭素含有ガスと水素含有ガスとを混合した混合ガスを該担体充填層１ａに供給し、該メタン生成槽からメタン含有処理ガス（Ｏｃ）を排出すると共に、該メタン含有処理ガスに酸素含有ガス（Ｏｄ）を混合した混合ガスを該担持体充填層２ａに供給し、該生物脱硫塔から脱硫処理を行った脱硫処理済メタン含有ガスを排出することを特徴とする。【選択図】図１
Description
本発明は、メタン先生システム及びメタン生成方法に関し、特に、二酸化炭素含有ガスからメタンを生成するメタン生成システム及びメタン生成方法に関する。
従来より、水素ガスと炭酸ガスを用いてメタンを生成する方法が知られている。特許文献１では、メタン生成菌を用いて、水素ガスと炭酸ガスからメタンを製造する方法を開示している。また、近年では温室効果ガスの排出を抑制するため、二酸化炭素回収・有効利用・貯留（ＣＣＵＳ：Carbon dioxide Capture, Utilization and Storage）が積極的に進められており、二酸化炭素の有効利用方法としてメタン生成が注目されている。
メタンはボイラーの燃料として利用が可能であり、ボイラーから発生した蒸気は加温設備にて有効利用できる。またメタンを含むガスはガスエンジンの燃料となり、発電も可能である。
メタンはボイラーの燃料として利用が可能であり、ボイラーから発生した蒸気は加温設備にて有効利用できる。またメタンを含むガスはガスエンジンの燃料となり、発電も可能である。
有機性廃棄物の処理又は有機性廃水の水処理など、有機物の分解処理過程（メタン発酵）によってもメタンを含むバイオガスが生成される。バイオガス中の成分は、メタン発酵の方法によって濃度は異なるものの、主成分としてメタンを６０～８０％と含むが、副次的に二酸化炭素を２０～４０％排出することとなる。
また、バイオガスなどの二酸化炭素を含むガスには硫化水素を含むものがある。例えば、バイオガス中には、硫化水素が１０００～６０００ｐｐｍ程度含まれている。生成されたメタンガス中に硫化水素が含まれている場合には、燃焼の際に亜硫酸ガス（ＳＯ２）に酸化され、発生する亜硫酸ガスは水分に溶解すると硫酸となり、大気中に放出されると酸性雨の原因となる。また、燃焼ガスが施設内で冷却されると凝縮した水分によって硫酸となり、腐食などの問題を生じさせる。
本発明が解決しようとする課題は、以上のような問題を解決し、硫化水素を含む二酸化炭素ガスを用いてメタンガスを生成した場合でも、生成されたメタンガス中から硫化水素を除去するメタン生成システム及びメタン生成方法を提供することである。さらに、硫化水素の除去過程で生成した低濃度硫酸を有効活用し、メタン生成槽の微生物の栄養源とする合理的な方法も提供することである。
上述した課題を解決するため、本発明のメタン生成システム及びメタン生成方法は、以下のような特徴を有する。
（１） メタン生成槽を用いて、二酸化炭素含有ガスからメタンを生成するメタン生成システムにおいて、該メタン生成槽内にメタン生成菌が付着する充填材αを備えた担体充填層Ａを設け、生物脱硫塔内に硫黄酸化細菌が付着する充填材βを備えた担体充填層Ｂを設け、二酸化炭素含有ガスと水素含有ガスとを混合した混合ガスを該担体充填層Ａに供給し、該メタン生成槽からメタン含有処理ガスを排出すると共に、該メタン含有処理ガスに酸素含有ガスとを混合した混合ガスを該担持体充填層Ｂに供給し、該生物脱硫塔から脱硫処理を行った脱硫処理済メタン含有ガスを排出することを特徴とする。
（１） メタン生成槽を用いて、二酸化炭素含有ガスからメタンを生成するメタン生成システムにおいて、該メタン生成槽内にメタン生成菌が付着する充填材αを備えた担体充填層Ａを設け、生物脱硫塔内に硫黄酸化細菌が付着する充填材βを備えた担体充填層Ｂを設け、二酸化炭素含有ガスと水素含有ガスとを混合した混合ガスを該担体充填層Ａに供給し、該メタン生成槽からメタン含有処理ガスを排出すると共に、該メタン含有処理ガスに酸素含有ガスとを混合した混合ガスを該担持体充填層Ｂに供給し、該生物脱硫塔から脱硫処理を行った脱硫処理済メタン含有ガスを排出することを特徴とする。
（２） メタン生成槽を用いて、二酸化炭素含有ガスからメタンを生成するメタン生成システムにおいて、該メタン生成槽内にメタン生成菌が付着する充填材αを備えた担体充填層Ａを設け、生物脱硫塔内に硫黄酸化細菌が付着する充填材βを備えた担体充填層Ｂを設け、二酸化炭素含有ガスと酸素含有ガスとを混合した混合ガスを該担体充填層Ｂに供給し、該生物脱硫塔から脱硫処理を行った脱硫処理済二酸化炭素含有ガスを排出すると共に、該脱硫処理済二酸化炭素含有ガスに水素含有ガスとを混合した混合ガスを該担持体充填層Ａに供給し、該メタン生成槽からメタン含有処理ガスを排出することを特徴とする。
（３） 上記（１）又は（２）に記載のメタン生成システムにおいて、該二酸化炭素含有ガスは、硫化水素を含んでいることを特徴とする。
（４） 上記（１）乃至（３）のいずれかに記載のメタン生成システムにおいて、該水素含有ガスは、水を電気分解して生成されるガスであることを特徴とする。
（５） 上記（１）乃至（４）のいずれかに記載のメタン生成システムにおいて、該生物脱硫塔は、該担体充填層Bを通過して循環する循環液を有し、該循環液の一部は該メタン生成槽に供給されていることを特徴とする。
（６） メタン生成槽を用いて、二酸化炭素含有ガスからメタンを生成するメタン生成方法において、該メタン生成槽から排出されるメタン含有処理ガス、または該メタン生成槽に導入される該二酸化炭素含有ガスのいずれか一方に、生物脱硫塔を用いた脱硫処理を施すことを特徴とする。
（７） 上記（６）に記載のメタン生成方法において、該生物脱硫塔内の硫黄酸化細菌が付着する充填材を備えた担体充填層を設け、該担体充填層を通過して循環する循環液の一部を該メタン生成槽に供給することを特徴とする。
本発明のように、メタン生成槽を用いて、二酸化炭素含有ガスからメタンを生成するメタン生成システム及びメタン生成方法において、該メタン生成槽から排出されるメタン含有処理ガス、または該メタン生成槽に導入される該二酸化炭素含有ガスのいずれか一方に、生物脱硫塔を用いた脱硫処理を施すため、バイオガスのように硫化水素を含む二酸化炭素ガスを利用した場合でも、硫化水素を除いたメタンガスを生成することが可能となる。
さらに、生物脱硫塔は、担体充填層Bを通過して循環する循環液を有し、該循環液の一部はメタン生成槽に供給されているため、硫化水素の除去過程で生成した低濃度硫酸を有効活用し、メタン生成槽の微生物の栄養源とすることも可能となる。
本発明に係るメタン生成システム及びメタン生成方法について、以下に詳細に説明する。
本発明は、メタン生成槽を用いて、二酸化炭素含有ガスからメタンを生成するメタン生成システム及びメタン生成方法において、該メタン生成槽から排出されるメタン含有処理ガス、または該メタン生成槽に導入される該二酸化炭素含有ガスのいずれか一方に、生物脱硫塔を用いた脱硫処理を施すものである。
本発明は、メタン生成槽を用いて、二酸化炭素含有ガスからメタンを生成するメタン生成システム及びメタン生成方法において、該メタン生成槽から排出されるメタン含有処理ガス、または該メタン生成槽に導入される該二酸化炭素含有ガスのいずれか一方に、生物脱硫塔を用いた脱硫処理を施すものである。
メタン生成槽では、特許文献１の従来例のように、液体培地中にメタン生成菌を浮遊させ、液体中に二酸化炭素ガスと水素ガスを通気供給しても良いが、メタン生成菌に効率良くガスを供給するために、図１に示すように、メタン生成菌が付着した充填材を備えた担体充填層１ａを用いてもよい。図１では担体充填層１ａを、メタン生成菌に必要な養分を含む液体１ｂに浸るように配置し、担体充填層１ａの下側に散気管１１を配置している。二酸化炭素ガスと水素ガスとの混合気体が、散気管１１から放出され、全ての混合気体が担体充填層１ａを通過するよう構成している。これにより、混合気体とメタン生成菌の接触をより確実に行うことができる。
また、メタン生成槽の構成は、例えば特許文献１を参考に、図３に示すように、担体充填層１ａを生成槽内に配置し、養分を含む液体１ｂを噴出管１２を用いて担体充填層１ａに供給するよう構成することも可能である。この場合は、生成槽１の下層側に溜まった液体１ｂを循環ラインＯｐを用いて噴出管１２に送り、担体充填層１ａに繰返し供給するよう構成することもできる。循環ラインＯｐには、ポンプ等の液体の輸送を補助する手段を組み込むことも可能である。この際は、担体充填層の下側に二酸化炭素ガスと水素ガスとの混合気体Ｏｍを導入し、メタン生成菌で処理されたメタンガスを含む気体は、排出ラインＯｎから排出される。
メタン生成菌としては、消化汚泥由来の菌を使用でき、水素と二酸化炭素からメタンを生成可能な水素資化性メタン生成菌を使用することが望ましい。具体的には、メタノバクテリウム属の「Methanobacterium thermoautotrophicum」「Methanobacterium formicicum」、メタノコッカス属の「Methanococcus vanielii」、またはメタノサリシナ属の「Methanosaricina barkerii」が好適に利用可能である。
メタン生成菌を付着される充填材について説明する。担体充填槽の充填材は個々の担体の集合体であり、担体の形状としては、一般的に使用できる波板、ハニカムチューブ、瓶状、筒状、網状、ボール状やウニ状などの形状をした担体が好ましい。材質は耐酸性・耐アルカリ性の材質が好ましく、ポリプロピレン、ポリカーボネイト、ポリエチレンがある。成型時に形状の破損しない材質や形状を選択できる。担体の比表面積は担体容積１ｍ３当たり５０ｍ２～５００ｍ２が選択できる。比表面積が５０ｍ２～２５０ｍ２では、担体に付着する微生物が多くても担体の通ガス空間が確保できるので、通ガス速度（ＬＶ）を０．３～１．０ｍ／ｓｅｃに維持できる。一方、比表面積が２５０ｍ２～５００ｍ２では、担体に付着する微生物が多いと担体の通ガス空間が狭くなるので、通ガス速度（ＬＶ）を０．０５～０．３ｍ／ｓｅｃに維持できる。比表面積は通ガス速度や生物反応速度を加味して適宜選択できる。微生物が担体上に付着し、各槽の負荷に応じた微生物が繁殖し、効率良く槽内のメタン生成を維持することが可能となる。
また、菌体を高濃度で保持するものとして、グラニュール（消化汚泥由来）又はスポンジ担体（ポリウレタン製など）も使用可能である。
また、菌体を高濃度で保持するものとして、グラニュール（消化汚泥由来）又はスポンジ担体（ポリウレタン製など）も使用可能である。
図１又は図２では、メタン生成槽１内に担体充填層１ａが浸るように液体培地を満たしている。また、図３では、メタン生成菌の栄養源を含む液体を繰り返し担体充填層に供給している。この液体には、低濃度硫酸など、メタン発酵に必要な栄養源が含まれている。メタン生成菌の栄養源となる主な成分を表１に示す。
次に本発明のメタン生成システム及び方法で使用される生物脱硫塔について説明する。特許文献２に開示されている生物脱硫システムが好適に利用される。具体的には、図１及び２に示すように、脱硫塔内に、硫黄酸化細菌が付着する充填材を備えた担体充填層２ａを配置し、硫化水素を含むガスと酸素ガスとを混合した気体を、担体充填層の上側から供給し、担体充填層の下側から処理した空気を排出する。担体充填層２ａに循環液２ｂが繰り返し供給されている。脱硫塔２の下部に溜まった循環液２ｂは、循環ラインＯｆを経て噴出管（散水ノズル）２１に送られ、担体充填層２ａの上側から散水液として循環液が供給される。
生物脱硫塔に使用される硫黄酸化細菌としては、アシディチオバチルス属の「Acidithiobacillus thiooxidans」や「Acidithiobacillus caldus」、フェロプラズマ属の「Ferroplasma acidiphilum」などがある。
また、担体充填層２ａに充填される微生物が付着する充填材としては、ｐＨ１以下の強酸性下で使用できるような耐薬品性を有する素材のものであればよく、例えば材質がポリエチレンやポリプロピレン、塩化ビニル、ポリウレタンなどの有機性物質が好ましい。
充填材の形状は、筒状や、網状骨格パイプやボール状やウニ状が好ましい。比表面積は５０～１０００ｍ２／ｍ３の範囲が好ましい。空隙率は、８０～９６％の範囲が好ましい。
充填材の形状は、筒状や、網状骨格パイプやボール状やウニ状が好ましい。比表面積は５０～１０００ｍ２／ｍ３の範囲が好ましい。空隙率は、８０～９６％の範囲が好ましい。
生物脱硫塔のみで脱硫処理を行うことも可能であるが、特許文献２に開示されているように、図４に示す乾式脱硫塔５も組み合わせて使用することも可能である。乾式脱硫塔５内の脱硫剤充填層５ａには、酸化鉄などを主成分とする脱硫剤を、ペレット状にして配置している。
乾式脱硫塔５は、生物脱硫塔２の下流側に配置され、処理ガスラインＯｔを介して接続されている。乾式脱硫塔５は脱硫処理をより効果的に実施する場合や、生物脱硫塔の立ち上げ時の補助などに使用することができる。また、生物脱硫塔２の処理が不十分な場合は、処理ガスラインＯｕとＯｖを使って、処理ガスを再度、生物脱硫塔２に循環するよう構成することもできる。また、生物脱硫塔２に供給するガス量を増やすため、乾式脱硫塔５の処理ガスの一部を処理ガスラインＯｗとＯｖを使って、生物脱硫塔に供給するよう構成しても良い。処理ガスラインＯｘは脱硫処理を行った処理ガスを次のプロセスやツールに供給するラインである。
上述したメタン生成槽１及び生物脱硫塔２を組み込んだメタン生成システム及び方法について、図１及び図２を用いて説明する。
図１は、メタン生成槽１で処理した処理ガスを生物脱硫塔２でさらに処理するものである。また、図２は、生物脱硫塔２で処理された処理ガスをメタン生成槽でさらに処理するものである。
図１は、メタン生成槽１で処理した処理ガスを生物脱硫塔２でさらに処理するものである。また、図２は、生物脱硫塔２で処理された処理ガスをメタン生成槽でさらに処理するものである。
図１では、二酸化炭素含有ガス流入ラインＯａには水素含有気体流入ラインＯｂが直結される。本発明に使用される二酸化炭素含有ガスは、有機物の分解処理過程（メタン発酵）によってもメタンを含むバイオガスが好適に利用される。このようなバイオガスは、メタンや二酸化炭素だけでなく、硫化水素も含んでいる。
二酸化炭素含有ガス流入ラインＯａの途中にはガス流量計３ａが配置され、二酸化炭素含有ガスの流量に基づき、水素含有気体の供給量を調整する。ガス流量計３ａはオリフィス流量計や、容積流量計や、渦流量計や、流速式流量計等を用いることができる。
二酸化炭素含有ガス流入ラインＯａの途中にはガス流量計３ａが配置され、二酸化炭素含有ガスの流量に基づき、水素含有気体の供給量を調整する。ガス流量計３ａはオリフィス流量計や、容積流量計や、渦流量計や、流速式流量計等を用いることができる。
水素含有気体とは水素を含んでいる気体のことであり、純水素または、水の電気分解装置等で発生した水素を用いてもよい。水素含有気体流入ラインＯｂの途中には、水素含有気体量供給手段として供給量調整用バルブを配置したり、ブロワやポンプなどの強制送気手段を配置することも可能である。
ガス流量計３ａの計測値に基づき、水素含有気体量供給手段を制御し、例えば、特許文献１に記載されているように二酸化炭素に対して水素をモル比で２倍から８倍、好ましくは２倍から４倍の供給量となるように設定することができる。
ガス流量計３ａの計測値に基づき、水素含有気体量供給手段を制御し、例えば、特許文献１に記載されているように二酸化炭素に対して水素をモル比で２倍から８倍、好ましくは２倍から４倍の供給量となるように設定することができる。
二酸化炭素含有ガスおよび水素含有気体が混合されたガスは、メタン生成槽２内の散気管１１に供給される。
メタン生成槽で処理された処理ガスは、処理ガスラインＯｃを通じて生物脱硫塔２に供給される。処理ガスラインＯｃの途中には、酸素含有気体流入ラインＯｄが直結される。酸素含有気体とは酸素を含んでいる気体のことであり、空気または、純酸素または、酸素発生器により酸素濃度を調整したガスを用いてもよい。また、水素を水の電気分解で製造する場合は、同時に生成される酸素を酸素含有気体流入ラインＯｄに供給しても良い。
酸素含有気体流入ラインＯｄにはバルブなどの酸素含有気体量供給手段を設けたり、ブロワやポンプなどの強制送気手段を組み込んでも良い。
酸素含有気体流入ラインＯｄにはバルブなどの酸素含有気体量供給手段を設けたり、ブロワやポンプなどの強制送気手段を組み込んでも良い。
処理ガスラインＯｃにはガス流量計３ｂが設けてある。ガス流量計３ｂはオリフィス流量計や、容積流量計や、渦流量計や、流速式流量計等を用いることができる。
また、処理ガスラインＯｃには硫化水素濃度計４が設けてある。硫化水素濃度計４は、定電位電解式による測定方法、硝酸銀電位差滴定法、イオン電極法、メチレンブルー吸光光度法、ガスクロマトグラフ法等を用いてもよい。また、検知管による硫化水素を測定してもよい。
また、処理ガスラインＯｃには硫化水素濃度計４が設けてある。硫化水素濃度計４は、定電位電解式による測定方法、硝酸銀電位差滴定法、イオン電極法、メチレンブルー吸光光度法、ガスクロマトグラフ法等を用いてもよい。また、検知管による硫化水素を測定してもよい。
ガス流量計３ｂや硫化水素濃度計４の測定値に基づき酸素含有気体の流量を制御することができる。また、生物脱硫塔２内の担体充填層２ａの上流側（上側）のガスに関し、硫化水素の濃度や酸素濃度を別途測定し、酸素含有気体の流量を制御することも可能である。
生物脱硫塔２内で脱硫処理された処理ガスは、担体充填層２ａと循環液２ｂの貯留槽との間から抽気され、処理ガスラインＯｅで排出される。処理ガスラインＯｅには、採取用バルブを持つ処理ガス採取ラインＯｉが接続され、処理ガスの性状（Ｈ２Ｓ除去性能）が確認される。
生物脱硫塔の循環液２ｂは、循環液散水ラインＯｆを通って生物脱硫塔２の上部からノズル１２より散水される。循環液２ｂの一部は循環液貯留槽からブロー水（ブロー水排出ラインＯｇ）として間欠的に排出される。また、循環液中の硫酸濃度を調節するために循環液貯留槽に補給水を供給できるよう構成しても良い。補給水としては、活性汚泥を用いてもよく、工水、中水、上水、を用いてもよい。
ブロー水の一部は、硫酸含有水（硫酸含有水供給ラインＯｈ）として、メタン生成槽１へ供給される。表１に示すように、メタン生成槽の維持管理として、窒素源、無機塩類といった補助的栄養源を供給する必要がある。補助的栄養源のうち硫黄源としては、硫酸塩もしくは硫酸が使用可能である。本発明では、硫黄源として生物脱硫塔から排出されるブロー水中の硫酸が有効に利用できる。ただし、循環液（ブロー水）のみでは硫酸以外の栄養源が不足することが想定されるため、循環液に必要量の栄養源を混合する処理を施すか、栄養源を別ラインで注入する必要がある。例えば、図３のメタン生成槽１のように、二酸化炭素と水素の混合ガスを供給する供給ラインＯｍ以外に、生物脱硫塔からのブロー水供給ラインＯｑや他の栄養源の供給ラインＯｒを設けることも可能である。
バイオガス中のガス組成が、メタン６０％と二酸化炭素４０％である場合には、例えば、バイオガス中の硫化水素濃度が６００ｐｐｍ以上あれば、メタン生成槽で必要となる硫黄量をバイオガスのみから供給することが可能となる。硫化水素濃度の下限値は、バイオガスに含まれる全ての硫化水素を生物脱硫塔で硫黄成分に分解し、循環液に取り込んだ場合を想定している。
メタン生成槽への循環液（ブロー水）の供給量は、菌体の硫黄必要量と、メタンの原料となる二酸化炭素の流入量（負荷量）等から、制御する必要がある。また、供給する循環液の硫酸濃度またはｐＨも調整することが好ましい。例えば、メタン生成細菌は中性から微アルカリ（ｐＨ６．５からｐＨ８．２程度）で最も活性化するため、ブロー水の硫酸酸性を中和する必要がある。栄養源には窒素源も必要なため、アンモニア水を中和に利用することができる。
また、ブロー水には、硫黄酸化細菌、有機物、生物脱硫塔に必要な栄養塩及び微量金属などが含まれている。
硫黄酸化細菌は好気性微生物であり、メタン生成槽の嫌気環境では活動することができないため、メタン生成菌と競合するなどの問題は生じない。
硫黄酸化細菌は好気性微生物であり、メタン生成槽の嫌気環境では活動することができないため、メタン生成菌と競合するなどの問題は生じない。
ブロー水には硫黄酸化細菌を含めた、菌体由来の有機物が含まれているが、ＣＯＤｃｒ濃度が約３００ｍｇ／Ｌであるの対し、硫酸濃度は約３００００ｍｇ／Ｌとなる。つまり、硫酸濃度に対して有機物の含有割合が１％程度と極めて低いため、メタン生成槽での有機物が存在する影響は殆どない。
生物脱硫塔には栄養剤を添加しているため、ブロー水（循環液）中に栄養剤由来の栄養塩および微量金属等が含まれている。これらの栄養塩は、メタン生成菌に対しても必要な栄養塩であるため、過剰ではないかぎりは影響は殆どない。
図２は、二酸化炭素含有ガスを最初に脱硫処理を行っている。二酸化炭素含有ガス流入ラインＯａに酸素含有気体流入ラインＯｄを接続し、酸素を生物脱硫塔内の担体充填層に供給している。
生物脱硫塔２で脱硫処理を行った二酸化炭素含有ガスは、処理ガスラインＯｊで排出される。この際に、ガス流量計３ｃを配置し、水素含有気体流入ラインＯｂで供給される水素含有気体の供給量を調整することも可能である。また、採取用ラインＯｋを設け処理ガス中の硫化水素濃度を測定できるよう構成することも可能である。二酸化炭素と水素を混合した混合ガスは、メタン生成槽２内の散気管１１に供給される。
図２の実施の形態では、メタン生成反応の阻害要因となり得る硫化水素を生物脱硫塔２で予め除去でき、メタン生成槽１でのメタン合成効率を向上させることが可能となる。さらに、図２の実施例においても図１と同様に、生物脱硫塔の循環液のブロー水を有効利用することも可能である。
以上のように、二酸化炭素含有ガスとしてバイオガスを用いることで、バイオガスに含まれる二酸化炭素をメタンガスに転換でき、高濃度メタンガスを生成することが可能となる。
また、メタン生成槽で二酸化炭素をメタンに十分転換できない場合に備えて、図５に示すように、メタン生成槽から出た処理ガスを、再度、メタン生成槽の上流側に戻す、循環用ラインＯｙを設けることも可能である。
循環用ラインＯｙを利用するかどうかは、処理ガス中のメタン又は二酸化炭素のいずれかの濃度を濃度計６で検出し、メタンに十分に転換されているかどうかを判別して、循環用ラインに繋がる切替バルブ７を操作する。また、循環用ラインＯｙを使用する際は、処理ガスの循環を円滑に行うため、ファン又はポンプの強制送風手段８を設けることが好ましい。
また、循環用ラインＯｙを作動させると、処理ガス中に含まれる硫化水素も循環し、徐々にその濃度が高くなる。本発明者らが確認したところ、メタン生成槽内の硫化水素濃度が１０００ｐｐｍを超えるとメタン生成能力が１０％以上低下することを確認している。このため、硫化水素濃度計４の計測値に基づき、硫化水素の濃度が高くなった場合には、循環を停止し、生物脱硫塔２に処理ガスを流すよう切替バルブ７を制御する。
さらに、図２のように、生物脱硫塔をメタン生成槽の上流側に配置する場合には、生物脱硫塔に導入した酸素が十分に使用されずに処理ガス中に混入し、メタン生成槽に入り込む可能性がある。メタン生成菌は嫌気性微生物であるので、メタン生成槽に酸素が流入することは避ける必要がある。
図６では、生物脱硫塔２の処理ガスに含まれる酸素濃度を濃度計６０で計測し、酸素濃度が一定以上である場合には、切替バルブ７０を操作し、処理ガスを循環用ラインＯｚを経て生物脱硫塔の上流側に戻すように構成することも可能である。
以上のように、本発明によれば、硫化水素を含む二酸化炭素ガスを用いてメタンガスを生成した場合でも、生成されたメタンガス中から硫化水素を除去可能なメタン生成システム及びメタン生成方法を提供することが可能となる。
Ｏａ 二酸化炭素含有ガス流入ライン（バイオガス流入ライン）
Ｏｂ 水素含有気体供給ライン
Ｏｄ 酸素含有気体供給ライン
Ｏｆ 循環液の循環ライン
Ｏｈ 循環液（ブロー水）の一部供給ライン
１ メタン生成槽
１ａ 担体充填層（メタン生成菌）
２ 生物脱硫塔
２ａ 担体充填層（硫黄酸化細菌）
１１ 散気管
１２，２１ 噴出管（ノズル）
Ｏｂ 水素含有気体供給ライン
Ｏｄ 酸素含有気体供給ライン
Ｏｆ 循環液の循環ライン
Ｏｈ 循環液（ブロー水）の一部供給ライン
１ メタン生成槽
１ａ 担体充填層（メタン生成菌）
２ 生物脱硫塔
２ａ 担体充填層（硫黄酸化細菌）
１１ 散気管
１２，２１ 噴出管（ノズル）
Claims (7)
- メタン生成槽を用いて、二酸化炭素含有ガスからメタンを生成するメタン生成システムにおいて、
該メタン生成槽内にメタン生成菌が付着する充填材αを備えた担体充填層Ａを設け、
生物脱硫塔内に硫黄酸化細菌が付着する充填材βを備えた担体充填層Ｂを設け、
二酸化炭素含有ガスと水素含有ガスとを混合した混合ガスを該担体充填層Ａに供給し、該メタン生成槽からメタン含有処理ガスを排出すると共に、
該メタン含有処理ガスに酸素含有ガスとを混合した混合ガスを該担持体充填層Ｂに供給し、該生物脱硫塔から脱硫処理を行った脱硫処理済メタン含有ガスを排出することを特徴とするメタン生成システム。 - メタン生成槽を用いて、二酸化炭素含有ガスからメタンを生成するメタン生成システムにおいて、
該メタン生成槽内にメタン生成菌が付着する充填材αを備えた担体充填層Ａを設け、
生物脱硫塔内に硫黄酸化細菌が付着する充填材βを備えた担体充填層Ｂを設け、
二酸化炭素含有ガスと酸素含有ガスとを混合した混合ガスを該担体充填層Ｂに供給し、該生物脱硫塔から脱硫処理を行った脱硫処理済二酸化炭素含有ガスを排出すると共に、
該脱硫処理済二酸化炭素含有ガスに水素含有ガスとを混合した混合ガスを該担持体充填層Ａに供給し、該メタン生成槽からメタン含有処理ガスを排出することを特徴とするメタン生成システム。 - 請求項１又は２に記載のメタン生成システムにおいて、該二酸化炭素含有ガスは、硫化水素を含んでいることを特徴とするメタン生成システム。
- 請求項１乃至３のいずれかに記載のメタン生成システムにおいて、該水素含有ガスは、水を電気分解して生成されるガスであることを特徴とするメタン生成システム。
- 請求項１乃至４のいずれかに記載のメタン生成システムにおいて、該生物脱硫塔は、該担体充填層Bを通過して循環する循環液を有し、
該循環液の一部は該メタン生成槽に供給されていることを特徴とするメタン生成システム。 - メタン生成槽を用いて、二酸化炭素含有ガスからメタンを生成するメタン生成方法において、
該メタン生成槽から排出されるメタン含有処理ガス、または該メタン生成槽に導入される該二酸化炭素含有ガスのいずれか一方に、生物脱硫塔を用いた脱硫処理を施すことを特徴とするメタン生成方法。 - 請求項６に記載のメタン生成方法において、該生物脱硫塔内の硫黄酸化細菌が付着する充填材を備えた担体充填層を設け、該担体充填層を通過して循環する循環液の一部を該メタン生成槽に供給することを特徴とするメタン生成方法。
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| JP2022020536A JP2023117785A (ja) | 2022-02-14 | 2022-02-14 | メタン生成システム及びメタン生成方法 |
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| JP2023117785A true JP2023117785A (ja) | 2023-08-24 |
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