JP5148569B2 - バイオガス供給方法及びバイオガス供給システム - Google Patents
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Description
ここで、「天然ガス」とは、ガス事業者の供給する天然ガスを主原料又は主成分とするガスをいう。また、ガス事業者がバイオガスを受け入れる場合はガス事業者が需要家となり、ガス事業者がバイオガスが混合された天然ガスを販売する場合はガス事業者の顧客が需要家となる。
これに対して、ガス事業者が事業に使用しているガス導管にバイオガスを受け入れて天然ガスとともに供給する場合、その受け入れガス(バイオガスを含む)又は販売ガスの不純物濃度の基準値として、例えば、酸素が0.01%以下、二酸化炭素が0.5%以下、及び窒素が1%以下と定めている。
従って、これらの基準値を満たすためには、受け入れガス又は販売ガス中の不純物の濃度を、酸素については20分の1〜100分の1、二酸化炭素については4分の1〜20分の1、及び窒素については1分の1〜7分の1程度にまで低減する必要がある。
あるいは、本発明に係るバイオガス供給方法の特徴構成は、不純物を含有するバイオガスを前記不純物の濃度が所定基準値未満の天然ガスとともに供給するバイオガス供給方法であって、天然ガス導管から前記天然ガスの一部を取り出す取出工程と、前記バイオガスと前記取り出した天然ガスとを混合し、前記バイオガス又は前記混合後のガスの不純物の濃度を連続的又は一定間隔毎で分析し、当該分析結果に基づき前記混合後のガスの不純物の濃度が前記所定基準値以下となるように前記バイオガスと前記取り出した天然ガスとの混合比を決定する混合工程と、前記混合後のガスに前記天然ガスよりも熱量が大きい高カロリーガスを添加して当該高カロリーガスが添加されたガスの熱量を前記天然ガスの標準熱量に調整する熱量調整を行う調整工程と、前記熱量調整後のガスを前記天然ガス導管に戻すリターン工程とを包含することにある。
このように、本構成のバイオガス供給方法を実行すれば、天然ガスにおける不純物濃度及び熱量の基準値を満たしつつ、バイオマスを嫌気性発酵させて得られたバイオガスを天然ガスに混合して供給することが可能となる。
更なる、本発明に係るバイオガス供給システムの特徴構成は、不純物を含有するバイオガスを前記不純物の濃度が所定基準値未満の天然ガスとともに供給するバイオガス供給システムであって、天然ガス導管から前記天然ガスの一部を取り出す分取部と、前記バイオガスと前記取り出した天然ガスとを混合し、前記バイオガス又は前記混合後のガスの不純物の濃度を連続的又は一定間隔毎で分析し、当該分析結果に基づき前記混合後のガスの不純物の濃度が前記所定基準値以下となるように前記バイオガスと前記取り出した天然ガスとの混合比を決定する混合部と、前記混合後のガスに前記天然ガスよりも熱量が大きい高カロリーガスを添加して当該高カロリーガスが添加されたガスの熱量を前記天然ガスの標準熱量に調整する熱量調整を行う調整部と、前記熱量調整後のガスを前記天然ガス導管に戻すリターン部とを備えたことにある。
このように、本構成のバイオガス供給システムを用いれば、天然ガスにおける不純物濃度及び熱量の基準値を満たしつつ、バイオマスを嫌気性発酵させて得られたバイオガスを天然ガスに混合して供給することが可能となる。
図1は、本発明のバイオガス供給方法を実施するための第1実施形態によるバイオガス供給システム100の模式図である。
天然ガス導管50の内部には、例えば、約0.8MPaの圧力(一次圧力)に調整された天然ガスが、常時500m3/h以上の流量で通流している。なお、天然ガス導管50を通流する天然ガスの圧力範囲は、0.07〜1.0MPaとすることが好ましい。0.07MPaより圧力が低いとバイオガス側の圧力制御が困難となり、1.0MPaより圧力が高いとバイオガス側の昇圧コストが大きくなる。また、上記圧力範囲にある天然ガス導管50は、天然ガスの流量を十分に大きくしておけば、天然ガスを容易に取り出すことができるため、実用的に見ても好ましい。
天然ガス導管50を通流する天然ガスの圧力及び流量は、圧力計51及び第1流量計52で夫々計測される。そして、第1流量計52で計測された流量データは、バイオガス供給システム100を制御する制御装置60に送信される。
なお、バイオガス精製装置20で精製された精製バイオガスは、メタンを約97%含有し、不純物として二酸化炭素を約1.8%、窒素を約1.0%、及び酸素を約0.2%含有する。バイオガス精製装置20から排出される精製バイオガスは、平均10m3/hの
供給量で、バイオガス供給管30に流される。
そこで、本実施形態では、精製バイオガスに対して熱量調整が行われる。具体的には、バイオガス供給管30を通流する途中で、LPG供給部31から高カロリーガスであるLPG(99.2MJ/m3N程度)を精製バイオガスに添加し、天然ガス事業者が定める天然ガスの標準熱量(45.0MJ/m3N)に調整される。また、LPGの添加を行う際には、後述の表1に示すメタン濃度、及びLPG各成分(ブタン、プロパン)濃度の測定値から演算により求めた熱量が、前記標準熱量となるようにLPG添加量が設定される。これにより、熱量調整後の精製バイオガスの熱量は、44.3〜45.9MJ/m3N(平均値45.0MJ/m3N)の範囲となる。
熱量調整が行われた精製バイオガスは、次いで、都市ガス製造に使用される公知の付臭剤が、付臭部33から添加される。
混合比をaとすると、基準値(%)は、
基準値(%)=〔天然ガスの不純物濃度(%)×a+精製バイオガスの不純物濃度(%)〕/〔a+1〕 ・・・ (1)
と表される。従って、混合比aは、
a=〔精製バイオガスの不純物濃度(%)−基準値(%)〕/〔基準値(%)−天然ガスの不純物濃度(%)〕 ・・・ (2)
として求められる。
図2は、本発明のバイオガス供給方法を実施するための第2実施形態によるバイオガス供給システム200の模式図である。
その他の構成は、第1実施形態と同様であるため、詳細な説明は省略する。
図3は、本発明のバイオガス供給方法を実施するための第3実施形態によるバイオガス供給システム300の模式図である。
本実施形態の構成においても、第1、2実施形態で説明したものと同様の作用効果が得られる。なお、本実施形態において制御装置60がブロア41に対して行う制御の一部は、当該ブロア41より下流の混合ガスの分析結果に基づいて行うフィードバック制御となる。
図4は、本発明のバイオガス供給方法を実施するための第3実施形態によるバイオガス供給システム400の模式図である。
このような構成を採用することにより、混合ガスを昇圧する必要がないので、第1実施形態においてリターン管11に設置していたブロア41を省略することができる。
なお、本実施形態では、制御装置60によって制御される流量調整弁14を天然ガス分岐導管10に設け、天然ガス分岐導管10を通流する天然ガスの流量を調整している。その他の構成は、第1実施形態と同様であるため、詳細な説明は省略する。
(1) 上記第1実施形態〜第4実施形態は、本発明のバイオガス供給方法の実施中において、精製バイオガス又は混合ガス中の不純物の分析を連続的又は一定間隔毎に行うものであった。
(2) 上記の実施の形態では、調整の対象とする不純物が酸素の例を示したが、調整対象としては、窒素が対象となる場合がある。このような場合について以下に説明する。
先に説明した第1実施形態において、バイオガス精製装置の下流に酸素除去装置を敷設し、酸素を0.01%以下に低減した後天然ガスと混合するようにバイオガス供給システムを構築できる。酸素除去装置としては、水素を添加し触媒燃焼により酸素を水に変換する方式が採用できる。このような構成を採用すると、酸素除去後で天然ガスと混合する前の精製バイオガスのガス組成の例として、窒素含有量が多い場合があり、たとえばメタン 95.7% CO2 1.8% 窒素 2.5% 酸素 0.01%以下となる。
先に表1で示したように、天然ガス導管に注入するバイオガスと天然ガスの混合ガスに対する、天然ガス業者が定める不純物濃度および熱量の基準は表2のようであり、精製バイオガスの分析値から、この基準を満たすのに必要な天然ガスと精製バイオガスの混合比を求めた結果を同表に示した。
各混合比の中の最大値を求め(本実施例では窒素濃度で決まる4.2倍以上)、天然ガス分岐導管の必要な天然ガス流量を計算する。本実施例では42m3N/h以上となる。さらに安全係数を考え天然ガス流量を決定し制御装置で制御する。安全係数を2とすればこの流量は84m3N/hとなった。
11 リターン管(リターン部)
31 LPG供給部(調整部)
32 サブミキシングタンク(調整部)
40 ミキシングタンク(混合部)
50 天然ガス導管(高圧管)
53 第2天然ガス導管(低圧管)
100 バイオガス供給システム
Claims (9)
- 不純物を含有するバイオガスを前記不純物の濃度が所定基準値未満の天然ガスとともに供給するバイオガス供給方法であって、
天然ガス導管から前記天然ガスの一部を取り出す取出工程と、
前記バイオガスに前記天然ガスよりも熱量が大きい高カロリーガスを添加して当該高カロリーガスが添加されたガスの熱量を前記天然ガスの標準熱量に調整する熱量調整を行う調整工程と、
前記熱量調整後のバイオガスと前記取り出した天然ガスとを混合し、前記バイオガス又は前記混合後のガスの不純物の濃度を連続的又は一定間隔毎で分析し、当該分析結果に基づき前記混合後のガスの不純物の濃度が前記所定基準値以下となるように前記熱量調整後のバイオガスと前記取り出した天然ガスとの混合比を決定する混合工程と、
前記混合後のガスを前記天然ガス導管に戻すリターン工程と
を包含するバイオガス供給方法。 - 不純物を含有するバイオガスを前記不純物の濃度が所定基準値未満の天然ガスとともに供給するバイオガス供給方法であって、
天然ガス導管から前記天然ガスの一部を取り出す取出工程と、
前記バイオガスと前記取り出した天然ガスとを混合し、前記バイオガス又は前記混合後のガスの不純物の濃度を連続的又は一定間隔毎で分析し、当該分析結果に基づき前記混合後のガスの不純物の濃度が前記所定基準値以下となるように前記バイオガスと前記取り出した天然ガスとの混合比を決定する混合工程と、
前記混合後のガスに前記天然ガスよりも熱量が大きい高カロリーガスを添加して当該高カロリーガスが添加されたガスの熱量を前記天然ガスの標準熱量に調整する熱量調整を行う調整工程と、
前記熱量調整後のガスを前記天然ガス導管に戻すリターン工程と
を包含するバイオガス供給方法。 - 前記不純物が複数種の気体成分であり、これらの気体成分には夫々所定基準値が規定されており、前記気体成分の濃度と前記所定基準値との比率が最も大きくなる気体成分の所定基準値に合わせて前記混合工程が実行される請求項1又は2に記載のバイオガス供給方法。
- 前記気体成分の濃度と前記所定基準値との比率が最も大きくなる気体成分は酸素又は窒素である請求項3に記載のバイオガス供給方法。
- 前記天然ガス導管が高圧管と低圧管とから構成され、前記取出工程を前記高圧管に対して実行し、前記リターン工程を前記低圧管に対して実行する請求項1〜4の何れか一項に記載のバイオガス供給方法。
- 前記不純物を含有するバイオガスは、生物由来物質を嫌気性メタン発酵させて得られた消化ガスを高圧水で洗浄して得られるものである請求項1〜5の何れか一項に記載のバイオガス供給方法。
- 不純物を含有するバイオガスを前記不純物の濃度が所定基準値未満の天然ガスとともに供給するバイオガス供給システムであって、
天然ガス導管から前記天然ガスの一部を取り出す分取部と、
前記バイオガスに前記天然ガスよりも熱量が大きい高カロリーガスを添加して当該高カロリーガスが添加されたバイオガスの熱量を前記天然ガスの標準熱量に調整する熱量調整を行う調整部と、
前記熱量調整後のバイオガスと前記取り出した天然ガスとを混合し、前記バイオガス又は前記混合後のガスの不純物の濃度を連続的又は一定間隔毎で分析し、当該分析結果に基づき前記混合ガスの不純物の濃度が前記所定基準値以下となるように前記熱量調整後のバイオガスと前記取り出した天然ガスとの混合比を決定する混合部と、
前記混合後のガスを前記天然ガス導管に戻すリターン部と
を備えたバイオガス供給システム。 - 不純物を含有するバイオガスを前記不純物の濃度が所定基準値未満の天然ガスとともに供給するバイオガス供給システムであって、
天然ガス導管から前記天然ガスの一部を取り出す分取部と、
前記バイオガスと前記取り出した天然ガスとを混合し、前記バイオガス又は前記混合後のガスの不純物の濃度を連続的又は一定間隔毎で分析し、当該分析結果に基づき前記混合後のガスの不純物の濃度が前記所定基準値以下となるように前記バイオガスと前記取り出した天然ガスとの混合比を決定する混合部と、
前記混合後のガスに前記天然ガスよりも熱量が大きい高カロリーガスを添加して当該高カロリーガスが添加されたガスの熱量を前記天然ガスの標準熱量に調整する熱量調整を行う調整部と、
前記熱量調整後のガスを前記天然ガス導管に戻すリターン部と
を備えたバイオガス供給システム。 - 前記天然ガス導管が高圧管と低圧管とから構成され、前記分取部は前記高圧管に接続し、前記リターン部は前記低圧管に接続している請求項7又は8に記載のバイオガス供給システム。
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