JP3982763B2 - バイオマス資源を利用したメタン発酵装置 - Google Patents

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Description

本発明は、生ゴミ等のバイオマス資源をメタン発酵槽で処理して生成したバイオガスをガス利用機器に安全かつ安定して供給することができるバイオマス資源を利用したメタン発酵装置に関するものである。
従来から生ゴミ、畜糞、汚泥等の処理方法として、バクテリアの発酵作用を利用するものが広く知られている。また最近では、好気性発酵にかわり臭気の飛散がなく環境上有利な嫌気性発酵を利用したものが注目を集めている。このようなメタン発酵装置として、例えば特許文献１に示されるように、メタン発酵槽においてバイオマス資源をメタン発酵させてバイオガスを発生させ、このバイオガスをガスホルダへ供給して貯蔵し、発電設備等のガス利用機器に供給するものが提案されている。
一方、安全確保の観点から、メタン発酵槽で発生するバイオガスの組成をチェックしており、監視項目としてメタンガス（ＣＨ４）の濃度をチェックしていた。しかしながら、本発明者の研究によれば、配管やガスホルダ等、あるいは立ち上げときの操作や誤操作等からバイオガス中に空気が混入し、このままガス利用機器に供給されることが非常に危険であることが判った。そして、メタンガス濃度をチェックする場合は、直接に酸素濃度を測定していないため応答遅れが生じることとなり、この結果、バックファイヤによるガス供給ライン等の破壊を生じるおそれがあるという問題点や、ガス利用機器にバイオガスを安全かつ安定して供給することが難しくなるという問題点があった。
特開平１１−３３３４１６号公報
本発明は上記のような問題点を解決して、生ゴミ等のバイオマス資源をメタン発酵槽で処理して生成したバイオガスをガス利用機器に安全かつ安定して供給することができるバイオマス資源を利用したメタン発酵装置を提供することを目的として完成されたものである。
上記課題を解決するためになされた本発明のバイオマス資源を利用したメタン発酵装置は、メタン発酵槽においてバイオマス資源をメタン発酵させて生じたバイオガスを貯蔵するガスホルダ後段のガス供給ラインに、酸素濃度計とこの酸素濃度計の測定値が閾値を超えた場合にガス供給ラインを遮断する緊急遮断弁を設けたバイオマス資源を利用したメタン発酵装置であって、前記酸素濃度計の測定値の閾値を、バイオガス中の酸素濃度がメタンガスに対し３％以下と設定してあることを特徴とするるものである。
本発明は、従来のメタンガス濃度にかえ酸素濃度計により酸素濃度を測定するようにし、この酸素濃度計の測定値が閾値を超えた場合にガス供給ラインを遮断する緊急遮断弁を設けた構造としたので、万が一バイオガスに酸素が混入した場合でも応答遅れを発生することなく即座にガス供給ラインを遮断して爆発等の危険を確実に回避することができる。
以下に、図面を参照しつつ本発明の好ましい形態を示す。
図面は、生ゴミをメタン発酵させて得られたバイオガスをガス利用機器に供給する場合を示すものである。
図において、１は苛性ソーダ等のアルカリ供給用のタンク、２は生ゴミとアルカリと水を混合してスラリを製造する混合槽、３はスラリの供給ポンプ、４はメタン発酵槽、５は消化汚泥の循環ポンプ、６は脱硫装置、７はメタン発酵槽４で発生したバイオガスを貯蔵するガスホルダであり、このガスホルダ７からバイオガスを発電設備や燃料電池等のガス利用機器８に供給するよう構成されている。
なお、９はメタン発酵槽４の循環ラインに設けられた熱交換器であり、温水ボイラや吸収冷凍機等の熱源１０を利用して消化汚泥の温度調整を行っている。
この装置によれば、混合槽２で生ゴミとアルカリと水を混合してスラリを製造し、このスラリをメタン発酵槽４で発酵処理してバイオガス（おおよそＣＨ４：６０vol％、ＣＯ２：４０vol％）が得られる。得られたバイオガスは脱硫装置６で脱硫処理後、ガスホルダ７へ導かれて貯蔵され、その後、ガス利用機器８へ供給されるが、以上の点は従来のバイオマス資源を利用したメタン発酵装置と基本的には同じである。
そして本発明では、ガスホルダ７の後段に、酸素濃度計１１とこの酸素濃度計１１の測定値が閾値を超えた場合にガス供給ラインを遮断する緊急遮断弁１２を設けてある。なお、１３は酸素濃度計１１の測定値を入力して閾値を超えた場合に緊急遮断弁１２を作動するように緊急出力を出す制御器である。
これは、本発明者の研究によれば、配管やガスホルダ等、あるいは立ち上げときの操作や誤操作等からバイオガス中に空気が混入し、このままガス利用機器に供給されることが非常に危険であり、従来のようにメタンガス濃度をチェックする場合は、応答遅れが生じてバックファイヤによるガス供給ライン等の破壊を生じるおそれがあることを究明した。そこで本発明では、直接に酸素濃度をチェックするとともに、測定値が所定の閾値を超えた場合には即座に緊急遮断弁１２を遮断することで危険を回避するようにしたのである。
なお、閾値としては、バイオガス中の酸素濃度がメタンガスに対して５〜１０％の範囲がバックファイヤ現象を生じる領域であるので、メタンガスに対して３％以下とすることが必要である。
また図示のものでは、ガスホルダ７として、二重膜構造の球状ホルダ本体７ａの内部に形成された空気層７ｂを介して弾力性を有する樹脂製の球状サブホルダ７ｃを内蔵しており、空気層７ｂの圧力調整によりサブホルダ７ｃに常時一定の圧力が作用するように構成したものを使用している。この場合には、弾力性を有する樹脂製の球状サブホルダ７ｃの外表面を空気層７ｂにより一定の圧力（例えば、２ＫＰａの圧力）で均一に押圧するため、ガスホルダ７内のバイオガスの圧力が一定となりガス利用機器８に対し安定してガス供給が可能となる利点がある。
ただし、樹脂製の球状サブホルダ７ｃは鉄製等のものに比べて亀裂等を発生しやすいため、そこから内部へ空気が侵入するケースが考えられる。この場合は、空気の混入量が多くバックファイヤによるガスライン等の破壊の可能性も高い。従って、本発明のような応答遅れのない確実な緊急遮断弁１２の作動が不可欠であり、酸素濃度計１１と緊急遮断弁１２の組み合わせにより安定したバイオガスの供給が可能となる。
以上の説明からも明らかなように、本発明はメタン発酵槽４においてバイオマス資源をメタン発酵させて生じたバイオガスを貯蔵するガスホルダ７の後段に、酸素濃度計１１とこの酸素濃度計１１の測定値が閾値を超えた場合にガス供給ラインを遮断する緊急遮断弁１２を設けたものとしたので、生ゴミ等のバイオマス資源をメタン発酵槽で処理して生成したバイオガスをガス利用機器８に安全かつ安定して供給することができることとなる。
本発明の実施の形態を示す全体フロー図である。
符号の説明
１ タンク
２ 混合槽
３ 供給ポンプ
４ メタン発酵槽
５ 循環ポンプ
６ 脱硫装置
７ ガスホルダ
７ａ ホルダ本体
７ｂ 空気層
７ｃ サブホルダ
８ ガス利用機器
９ 熱交換器
１０ 熱源
１１ 酸素濃度計
１２ 緊急遮断弁
１３ 制御器

Claims (2)

  1. メタン発酵槽においてバイオマス資源をメタン発酵させて生じたバイオガスを貯蔵するガスホルダ後段のガス供給ラインに、酸素濃度計とこの酸素濃度計の測定値が閾値を超えた場合にガス供給ラインを遮断する緊急遮断弁を設けたバイオマス資源を利用したメタン発酵装置であって、前記酸素濃度計の測定値の閾値を、バイオガス中の酸素濃度がメタンガスに対し３％以下と設定してあることを特徴とするバイオマス資源を利用したメタン発酵装置。
  2. ガスホルダは、弾力性を有する二重膜構造の球状ホルダであり、内膜サブホルダと外膜の間に形成された空気層の圧力調整によりサブホルダに常時一定の圧力が作用するように構成されている請求項１に記載のバイオマス資源を利用したメタン発酵装置。
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