JP5490578B2

JP5490578B2 - バイオガスの精製システム

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Publication number: JP5490578B2
Application number: JP2010054480A
Authority: JP
Inventors: 秀樹時; 江梨子田中
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2010-03-11
Filing date: 2010-03-11
Publication date: 2014-05-14
Anticipated expiration: 2030-03-11
Also published as: JP2011184656A

Description

本発明は、バイオガスの精製システムの技術に関する。

従来、下水汚泥、有機性廃水、厨芥類などの食品残渣、糞尿等の廃棄されていた有機性廃棄物を、嫌気性細菌を利用して発酵槽でメタン発酵することによって、メタンを主成分とした混合気体であるバイオガスを発生させ、該バイオガスを燃料ガスとして使用するバイオガス発電装置が公知となっている（例えば、特許文献１参照）。

有機性廃棄物のガス化により発生したバイオガスは不純物を含んでいるため、このバイオガスを燃料ガスとしてそのまま使用すると、発電装置や環境に対して悪影響を与える。そこで、有機性廃棄物のガス化により発生したバイオガスを精製し、不純物を除去してから、燃料ガスとして使用するようになっている。バイオガスを精製する方法として、バイオガスに含まれる硫化水素等の不純物を微生物の働きにより除去（脱硫）する生物脱硫装置を用いた方法が公知となっている（例えば、特許文献２参照）。生物脱硫装置内で脱硫を行う微生物は好気性細菌であるため、生物脱硫装置へ流入するバイオガスには、予め空気注入装置により空気を注入する。

また、このような生物脱硫装置による脱硫では、バイオガスの脱硫を完全に行えないため、生物脱硫装置による脱硫の後に、硫化水素等の不純物を脱硫剤（酸化鉄）の還元反応により除去する乾式脱硫装置を用いた脱硫を行う場合がある。

特開２００２−２７５４８２号公報特開２００６−１４３７８１号公報

生物脱硫装置及び乾式脱硫装置を併用する場合には、また、発酵槽でのバイオガスの発生量が不安定であるため、バイオガスの発生量が基準発生量よりも低下すると、バイオガスに対する空気の割合が大きくなりすぎて、乾式脱硫装置へ余剰空気が流れ込み脱硫に支障が生じていた。また、バイオガスの発生量が基準発生量よりも増加すると、生物脱硫装置によるバイオガスの脱硫効率が低下していた。
また、バイオガスに対する空気の割合が大きくなりすぎると、メタンの濃度が小さいまま、バイオガスが燃料ガスとしてガスエンジン発電機（ガスエンジン）に供給され、ガスエンジン発電機を正常に駆動させることができず、発電システムの全停止させるおそれがある。

つまり、これらの脱硫装置を使用する際には、バイオガスに対する空気の割合によって、バイオガスを安定して精製することができない場合があった。

そこで、本発明は係る課題に鑑み、バイオガスに対する空気の割合を適切に設定して、バイオガスを安定して精製することができるバイオガスの精製システムを提供する。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、有機性廃棄物のガス化により発生したバイオガスを精製するバイオガスの精製システムであって、バイオガスに空気を注入する空気注入装置と、前記空気注入装置により空気を注入されたバイオガスを微生物を用いて脱硫する生物脱硫装置と、前記生物脱硫装置により脱硫されたバイオガスを酸化鉄を用いて脱硫する乾式脱硫装置と、前記乾式脱硫装置により脱硫されたバイオガスの流量を検出する流量センサと、前記乾式脱硫装置により脱硫されたバイオガスに含まれるメタンの濃度を検出する濃度センサと、前記乾式脱硫装置内の温度を検出する温度センサと、前記流量センサ、濃度センサ及び温度センサの検出値を用いて、前記空気注入装置の空気注入量を設定する制御を行う制御装置と、を備えるものである。

請求項２においては、前記制御装置は、前記温度センサ、前記流量センサ、前記濃度センサの順に、これらのセンサに優先順位を設定し、その優先順位の高い順に各センサの検出値を用いて、前記空気注入装置の空気注入量を設定する制御を行うものである。

請求項３においては、前記制御装置は、前記空気注入装置の空気注入量を設定する際、前記温度センサの検出値と第一の所定値とを比較し、前記温度センサの検出値が第一の所定値よりも大きいときは、空気注入量を現在の設定値から減少させ、前記温度センサの検出値が第一の所定値以下のときは、空気注入量を前記現在の設定値に維持して、前記流量センサの検出値に基づいて算出したバイオガス発生量と第二の所定値とを比較し、前記バイオガス発生量が第二の所定値よりも大きいときは、空気注入量を前記現在の設定値から増加させ、前記バイオガス発生量が第二の所定値以下のときは、前記バイオガス発生量と第三の所定値とを比較し、前記バイオガス発生量が第三の所定値以上のときは、空気注入量を前記現在の設定値に維持し、前記バイオガス発生量が第三の所定値よりも小さいときは、空気注入量を前記現在の設定値に減少させ、前記濃度センサの検出値と所定値とを比較し、前記濃度センサの検出値が第四の所定値以上のときは、空気注入量を現在の設定値に維持し、前記濃度センサの検出値が第四の所定値よりも小さいときは、空気注入量を現在の設定値から減少させるものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、空気注入装置により注入する空気注入量を制御して、バイオガスに対する空気の割合を適切に設定することが可能となる。したがって、生物脱硫装置及び乾式脱硫装置によるバイオガスの脱硫効率の低下を防止して、バイオガスを安定して精製することができる。

請求項２においては、空気注入装置により注入する空気注入量を制御して、バイオガスに対する空気の割合をより適切に設定することが可能となる。したがって、生物脱硫装置及び乾式脱硫装置によるバイオガスの脱硫効率の低下を防止して、バイオガスを安定して精製することができる。

請求項３においては、空気注入装置により注入する空気注入量を制御して、バイオガスに対する空気の割合をより適切に設定することが可能となる。したがって、生物脱硫装置及び乾式脱硫装置によるバイオガスの脱硫効率の低下を防止して、バイオガスを安定して精製することができる。

本発明の一実施形態に係るバイオガス発電装置の全体構成図。本発明の一実施形態に係る空気注入量制御を示すフローチャート図。

次に、発明の実施の形態を説明する。

まず、本発明の一実施形態であるバイオガスの精製システム２を含む発電システム１００の全体構成について図１を用いて説明する。

発電システム１００は、精製システム２を用いて有機性廃棄物のガス化により発生したバイオガスを精製し、その精製したバイオガスを用いて発電するものである。発電システム１００は、発酵槽１と、精製システム２と、ガスホルダ３と、ガスエンジン発電機４と、それぞれの装置を繋ぐガス通路５から構成される。

発酵槽１は、有機性廃棄物のガス化によりバイオガスを発生させるものである。発酵槽１は、例えば、ＵＡＳＢ型の反応槽である。発酵槽１には、有機性廃棄物の一種である有機性廃水が廃水供給部を介して供給されるとともに、グラニュール菌体が投入される。これにより、発酵槽１において、メタン発酵が行われ、有機性排水に含まれる有機物がメタンと炭酸ガスに分解されて、バイオガスが発生する。バイオガスは、メタンを主成分とした混合気体であり、その他の成分として硫化水素や炭酸ガス等を含む。

精製システム２は、発酵槽１で有機性廃水のガス化により発生したバイオガス中の硫化水素を除去して、バイオガスを精製するものである。精製システム２は、バイオガスが発酵槽１から流れ出てガスエンジン発電機４に至る途中に設置される。精製システム２は、生物脱硫装置１１と、乾式脱硫装置１２と、空気注入装置１３とを備える。

生物脱硫装置１１は、微生物を用いてバイオガスを脱硫する装置である。生物脱硫装置１１は、発酵槽１とガス通路５（第一ガス管２１）を介して接続され、バイオガスの流れ方向において発酵槽１の下流側に配置される。生物脱硫装置１１は、発酵槽１で発生したバイオガス中の硫化水素がバイオガスを燃料ガスとして使用するガスエンジン発電機４を腐蝕させるため、乾式脱硫装置１２とともにバイオガス中の硫化水素を除去する。

乾式脱硫装置１２は、脱硫剤である酸化鉄を用いてバイオガスを脱硫する装置であり、バイオガス中の硫化水素を脱硫剤である酸化鉄で酸化させて、硫化水素を除去する。乾式脱硫装置１２は、生物脱硫装置１１とガス通路５（第二ガス管２２）を介して接続され、バイオガスの流れ方向において生物脱硫装置１１の下流側に配置される。乾式脱硫装置１２は、生物脱硫装置１１において除去しきれなかったバイオガス中の硫化水素を除去する。つまり、精製システム２においては、バイオガスの脱硫が生物脱硫装置１１及び乾式脱硫装置１２により二段階で行われる。

空気注入装置１３は、バイオガスに空気を注入するための装置である。空気注入装置１３は、ファンや送風側バルブを有し、発酵槽１と生物脱硫装置１１とを接続するガス通路５（第一ガス管２１）を流れるバイオガスに空気を注入管２６を介して注入することができるように構成される。生物脱硫装置１１における脱硫反応では、微生物は好気性環境で活発に活動する。そこで、バイオガスが生物脱硫装置１１に流入する前に、空気を空気注入装置１３よりバイオガスに注入することで、微生物の活動を活発化させるようになっている。
また、空気注入装置１３は、ファンの回転速度を調節することや、送風側バルブの開度調整をすることにより、バイオガスに注入する空気注入量を調節することができるように構成される。なお、空気注入装置１３は、本実施形態においてはファンを有する構成としたが、これに限定するものではない。例えば、空気注入装置１３は、ポンプやコンプレッサを有する構成とすることも可能である。

ガスホルダ３は、精製システム２で精製後のバイオガスを一時貯溜して、精製後のバイオガスのガスエンジン発電機４へのバイオガス供給量を調節するための装置である。ガスホルダ３は、乾式脱硫装置１２とガス通路５（第三ガス管２３）を介して接続され、バイオガスの流れ方向において乾式脱硫装置１２の下流側に配置される。

ガスエンジン発電機４は、燃料ガスとして精製システム２で精製後のバイオガスを用いて発電するものである。ガスエンジン発電機４は、ガスエンジン及び発電機を有する。ガスエンジン発電機４においては、ガスエンジンと発電機とが連結され、このガスエンジンの出力軸の回転により発電機の磁石またはコイルが回転することによって、発電が行われる。ガスエンジン発電機４は、ガスホルダ３よりも下流に設けられている。

また、発酵槽１、精製システム２、ガスホルダ３及びガスエンジン発電機４は、バイオガス及び空気を流通させるガス通路５によって、前述の順序で接続されている。
ガス通路５は、第一ガス管２１と、第二ガス管２２と、第三ガス管２３と、第四ガス管２４とで構成されている。第一ガス管２１は、発酵槽１と精製システム２の生物脱硫装置１１とを接続し、バイオガスを発酵槽１から生物脱硫装置１１へ向かって流通させるとともに、このバイオガスに空気注入装置１３により注入された空気を流通させる。第二ガス管２２は、精製システム２の生物脱硫装置１１と乾式脱硫装置１２とを接続し、脱硫後のバイオガス及び空気を生物脱硫装置１１から乾式脱硫装置１２へ向かって流通させる。第三ガス管２３は、精製システム２の乾式脱硫装置１２とガスホルダ３とを接続し、脱硫後のバイオガス及び空気を乾式脱硫装置１２からガスホルダ３へ向かって流通させる。第四ガス管２４は、ガスホルダ３とガスエンジン発電機４とを接続し、精製システム２で精製後のバイオガス及び空気をガスホルダ３からガスエンジン発電機４へ向かって流通させる。
第一ガス管２１には、空気を空気注入装置１３から注入させるための注入管２６が接続されている。

次に、精製システム２に備えられた各種センサについて説明する。

精製システム２は、流量センサ３１と、濃度センサ３２と、温度センサ３３と、空気注入量センサ３４とを備える。

流量センサ３１は、乾式脱硫装置１２から流出した脱硫後のバイオガス及び空気の流量を検出するセンサである。流量センサ３１は、第三ガス管２３に設けられ、この第三ガス管２３内を流通するバイオガス及び空気の流量（単位時間あたりの体積）を検出する。第三ガス管２３内を流通するバイオガスには硫化水素は含まれていない。

濃度センサ３２は、乾式脱硫装置１２から流出した脱硫後のバイオガス及び空気の混合ガスに含まれるメタンの濃度を検出するセンサである。濃度センサ３２は、第三ガス管２３に設けられ、この第三ガス管２３内を流通するバイオガス及び空気に含まれるメタンの濃度を検出する。詳しくは、濃度センサ３２は、第三ガス管２３内を流通するバイオガス及び空気の一部をサンプリングし、メタンの濃度を検出する。

温度センサ３３は、乾式脱硫装置１２内の温度を検出するセンサである。温度センサ３３は、乾式脱硫装置１２に設けられ、乾式脱硫装置１２内の温度、特に脱硫剤である酸化鉄付近の温度を検出する。

酸化鉄は、脱硫反応において還元されて硫化鉄となる。しかし、バイオガスとともに乾式脱硫装置１２内に流入する空気の量が非常に多い場合には、空気に含まれる酸素と反応し、酸化鉄と硫黄となる。このときの反応式は、次式で表すことができる。
２Ｆｅ２Ｓ３＋３Ｏ２ → ２Ｆｅ２Ｏ３＋６Ｓ
この反応に伴い脱硫剤が発熱するため、脱硫剤である酸化鉄付近の温度を温度センサ３３により検出する必要がある。

空気注入量センサ３４は、空気注入装置１３から第一ガス管２１内を流通するバイオガスに注入される空気注入量を検出するセンサである。空気注入量センサ３４は、注入管２６の中途部に設けられ、この注入管２６内を流通する空気の流量、即ち空気注入量を検出する。

次に、精製システム２に備えられた制御装置４１について説明する。

制御装置４１は、流量センサ３１、濃度センサ３２、温度センサ３３及び空気注入量センサ３４と接続するとともに、空気注入装置１３と接続している。制御装置４１は、ＲＡＭやＲＯＭ等で構成された記憶部とＣＰＵ等で構成された演算部とから構成されている。制御装置４１は、温度センサ３３、流量センサ３１、濃度センサ３２の順に、これらのセンサに優先順位を設定し、その優先順位の高い順に各センサの検出値を用いて、空気注入装置１３の空気注入量を設定する空気注入量制御を繰り返し行う。

通常運転においては、制御装置４１は、空気注入装置１３が有するバルブを作動させて空気注入量をバイオガスの体積の４％以下となるように設定して制御している。ここで、制御装置４１は、空気注入量センサ３４及び流量センサ３１の検出値と設定値とを比較して、空気注入装置１３の空気注入量をフィードバック制御している。すなわち、流量センサ３１の検出値はバイオガス及び空気の流量であり、空気注入量センサ３４の検出値は空気の注入量（流量）であるから、制御装置は、二つの検出値の差からバイオガスの流量を算出し、さらにバイオガスの体積に対する空気の体積の割合を算出して、空気注入量が設定値（４％）以下となるようにフィードバック制御を行う。

次に精製システム２に備えられた空気注入装置１３の空気注入量制御についてフローチャートを用いて説明する。

まず、制御装置４１は、温度センサ３３の検出値Ｔと第一の所定値Ｋ１とを比較し、温度センサ３３の検出値Ｔが第一の所定値Ｋ１よりも大きいか否かの判断を行う（ステップＳ１０）。温度センサ３３の検出値Ｔが第一の所定値Ｋ１よりも大きいときは、制御装置４１は、空気注入装置１３の空気注入量を現在の設定値から一定量減少させるよう制御する（ステップＳ１１）。

第一の所定値Ｋ１とは、予め設定された基準温度であり、乾式脱硫装置１２が脱硫剤である酸化鉄を用いて脱硫を行うことができる上限の温度である。本実施形態においては、第一の所定値Ｋ１は摂氏４０度である。温度センサ３３の検出値Ｔが第一の所定値Ｋ１よりも大きいときは、脱硫反応におい還元された硫化鉄が再び空気中の酸素と反応して酸化し、大きな発熱が生じている状態であるので、制御装置４１は空気注入装置１３の空気注入量を現在の設定値から一定量減少させる。これにより、酸素の乾式脱硫装置１２への供給量が減少して、前記発熱が抑制されることになる。
なお、ステップＳ１１においては、制御装置４１は、空気注入装置１３の空気注入量を減少させるよう制御する代わりに、空気注入装置１３の空気注入を停止させて、その空気注入量をゼロとするように設定して制御することもできる。この場合、乾式脱硫装置１２へ酸素の供給量がゼロになるため、前記同様に前記発熱が抑制されることになる。

こうして、制御装置４１は、温度センサ３３の検出値Ｔが第一の所定値Ｋ１になるまで、空気注入装置１３の空気注入量を減少させる（又はゼロにする）。

一方、ステップＳ１０において、温度センサ３３の検出値Ｔが第一の所定値Ｋ１以下であるときは、制御装置４１は、空気注入装置１３の空気注入量を現在の設定値に維持させる（ステップＳ１５）。

温度センサ３３の検出値Ｔが第一の所定値Ｋ１以下であるときは、乾式脱硫装置１２において脱硫剤である酸化鉄が還元反応により脱硫を行うことができている状態であるので、制御装置４１は空気注入装置１３の空気注入量を現在の設定値に維持する。これにより、酸素の乾式脱硫装置１２への供給量が維持されて、乾式脱硫装置１２により脱硫が行われることになる。

そして、空気注入装置１３の空気注入量が現在の設定値に維持された場合、制御装置４１は、流量センサ３１の検出値Ｑから空気注入装置１３からの空気注入量Ｖを減算した発酵槽１でのバイオガス発生量Ｅを演算し、このバイオガス発生量Ｅと第二の所定値Ｋ２とを比較して、バイオガス発生量Ｅが第二の所定値Ｋ２よりも大きいか否かの判断を行う（ステップＳ２０）。流量センサ３１の検出値Ｑが第二の所定値Ｋ２よりも大きいときは、制御装置４１は、空気注入装置１３の空気注入量を前記現在の設定値から一定量増加させるように設定して制御する（ステップＳ２１）。

第二の所定値Ｋ２とは、予め設定された基準流量の上限値であり、通常運転（定格運転）時のバイオガス発生量の上限値である。バイオガス発生量Ｅが第二の所定値Ｋ２よりも大きいときは、脱硫後のバイオガスの流量が現在第三ガス管２３を予め設定している脱硫後のバイオガスの流量よりも多く流れている状態であるので、制御装置４１は発酵槽１でのバイオガスの発生量が基準となる発生量よりも増加していることを想定して、空気注入装置１３の空気注入量を現在の設定値から一定量増加させる。これにより、酸素の生物脱硫装置１１への供給量が増加して、十分な空気が生物脱硫装置１１に供給され、生物脱硫装置１１での脱硫が促進されることになる。

ステップＳ２０において、バイオガス発生量Ｅが第二の所定値Ｋ２以下である場合、制御装置４１は、バイオガス発生量Ｅが第三の所定値Ｋ３以上であるか否かの判断を行う（ステップＳ３０）。バイオガス発生量Ｅが第三の所定値Ｋ３よりも小さいときは、制御装置４１は、空気注入装置１３に対し空気注入量を現在の設定値から一定量減少させるように設定して制御する（ステップＳ３１）。

第三の所定値Ｋ３とは、予め設定された基準流量の下限値であり、通常運転（定格運転）時のバイオガス発生量の下限値である。バイオガス発生量Ｅが第三の所定値Ｋ３よりも小さいときは、脱硫後のバイオガスの流量が現在第三ガス管２３を予め設定している脱硫後のバイオガスの流量よりも少なく流れている状態、つまり、バイオガス発生量Ｅに対して空気注入量が過剰であるので、制御装置４１は発酵槽１でのバイオガス発生量が基準発生量よりも減少していることを想定して、空気注入装置１３の空気注入量を現在の設定値から一定量減少させる。これにより、余剰空気の乾式脱硫装置１２への流入が防止されることになる。
なお、第二の所定値Ｋ２と第三の所定値Ｋ３とは等しくすることもできる。

なお、ステップＳ３１においては、制御装置４１は、空気注入装置１３の空気注入量を減少させるように設定して制御する代わりに、空気注入装置１３の空気注入を停止させて、空気注入量をゼロとするように設定して制御することもできる。この場合、空気の生物脱硫装置１１へ供給量がゼロになるため、前記同様に余剰空気の乾式脱硫装置１２への流入が防止されることになる。

ステップＳ３０において、バイオガス発生量Ｅが第三の所定値Ｋ３以上であるときは、正常運転がされているので、制御装置４１は、空気注入装置１３の空気注入量を現在の設定値に維持させるように制御する（ステップＳ３５）。

つまり、脱硫後のバイオガスの流量が、予め設定している脱硫後のバイオガスの流量と等しいであるので、制御装置４１は発酵槽１でのバイオガスの発生量が基準発生量であると想定し、空気注入装置１３の空気注入量が基準発生量に対して適切であると判断して、空気注入装置１３の空気注入量を現在の設定値に維持する。

次に、制御装置４１は、濃度センサ３２の検出値Ｄと第四の所定値Ｋ４とを比較して、濃度センサ３２の検出値Ｄが第四の所定値Ｋ４以上か否かを判断する（ステップＳ４０）。濃度センサ３２の検出値Ｄが第四の所定値Ｋ４以上であるときは、制御装置４１は、空気注入装置１３の空気注入量を現在の設定値に維持させるように設定して制御する（ステップＳ４１）。

第四の所定値Ｋ４とは、予め設定された基準濃度であり、ガスエンジン発電機４を正常に駆動させることができるメタンの濃度の下限値である。本実施形態においては、第四の所定値Ｋ４は５０％である。濃度センサ３２の検出値Ｄが第四の所定値Ｋ４以上であるときとは、現在のメタンの濃度で、ガスエンジン発電機４を正常に駆動させることができる状態であるので、制御装置４１は空気注入装置１３の空気注入量を現在の設定値に維持させる。

その後、制御装置４１は、ステップをステップＳ１０に戻して、空気注入量制御を継続する。

ステップＳ４０において、濃度センサ３２の検出値Ｄが第四の所定値Ｋ４よりも小さいときは、制御装置４１は、空気注入装置１３の空気注入量を現在の設定値から一定量減少させるように設定して制御する（ステップＳ４５）。

濃度センサ３２の検出値Ｄが第四の所定値Ｋ４よりも小さいときと、現在のメタンの濃度では、ガスエンジン発電機４を正常に駆動させることができない状態であるので、制御装置４１は、バイオガス及び空気の混合ガス中でバイオガスに対する空気注入量の割合が大きくなりすぎていることを想定して、空気注入装置１３の空気注入量を一定量減少させる。これにより、バイオガスに対する空気注入量の割合が適切になり、ひいてはメタンの濃度が許容範囲内となる。
なお、ステップＳ４５においては、制御装置４１は、空気注入装置１３の空気注入量を減少させるように設定して制御する代わりに、空気注入装置１３の空気注入を停止させて、空気注入量をゼロとするように設定して制御することもできる。この場合、空気のバイオガスへの注入量がゼロになるため、バイオガスに対する空気注入量の割合が適切になり、ひいてはメタンの濃度が許容範囲内となる。

その後、制御装置４１は、ステップをステップＳ４０に戻す。つまり、制御装置４１は、濃度センサ３２の検出値Ｄが第四の所定値Ｋ４になるまで、空気注入装置１３の空気注入量を現在の設定値から減少させる（又はゼロにする）。

以上のように、精製システム２は、有機性廃棄物のガス化により発生したバイオガスを精製するバイオガスの精製システム２であって、バイオガスに空気を注入する空気注入装置１３と、空気注入装置１３により空気を注入されたバイオガスを微生物を用いて脱硫する生物脱硫装置１１と、生物脱硫装置１１により脱硫されたバイオガスを酸化鉄を用いて脱硫する乾式脱硫装置１２と、乾式脱硫装置１２により脱硫されたバイオガスの流量を検出する流量センサ３１と、乾式脱硫装置１２により脱硫されたバイオガスに含まれるメタンの濃度を検出する濃度センサ３２と、乾式脱硫装置１２内の温度を検出する温度センサ３３と、流量センサ３１、濃度センサ３２及び温度センサ３３の検出値を用いて、前記空気注入装置１３の空気注入量を設定する制御を行う制御装置４１と、を備えるものである。

このように構成することにより、流量センサ３１の検出値Ｑ、濃度センサ３２の検出値Ｄを用いて、空気注入装置１３により注入する空気注入量を制御し、バイオガスに対する空気の割合を適切に設定することが可能となる。したがって、生物脱硫装置１１及び乾式脱硫装置１２によるバイオガスの脱硫効率の低下を防止して、バイオガスを安定して精製することができる。

また、制御装置４１は、温度センサ３３、流量センサ３１、濃度センサ３２の順に、これらのセンサに優先順位を設定し、その優先順位の高い順に各センサの検出値を用いて、空気注入装置１３の空気注入量を設定する制御を行うものである。

また、制御装置４１は、空気注入装置１３の空気注入量を設定する際、温度センサ３３の検出値Ｔと第一の所定値Ｋ１とを比較し、温度センサ３３の検出値Ｔが第一の所定値Ｋ１よりも大きいときは、空気注入量を現在の設定値から減少させ、温度センサ３３の検出値Ｔが第一の所定値Ｋ１以下のときは、空気注入量を前記現在の設定値に維持して、流量センサ３１の検出値Ｑに基づいて算出したバイオガス発生量Ｅと第二の所定値Ｋ２とを比較し、バイオガス発生量Ｅが第二の所定値Ｋ２よりも大きいときは、空気注入量を前記現在の設定値から増加させ、バイオガス発生量Ｅが第二の所定値Ｋ２以下のときは、バイオガス発生量Ｅと第三の所定値Ｋ３とを比較し、バイオガス発生量Ｅが第三の所定値Ｋ３以上のときは、空気注入量を前記現在の設定値に維持し、バイオガス発生量Ｅが第三の所定値Ｋ３よりも小さいときは、空気注入量を前記現在の設定値に減少させ、濃度センサ３２の検出値Ｄと第四の所定値Ｋ４とを比較し、濃度センサ３２の検出値Ｄが第四の所定値Ｋ４以上のときは、空気注入量を現在の設定値に維持し、濃度センサ３２の検出値Ｄが第四の所定値Ｋ４よりも小さいときは、空気注入量を現在の設定値から減少させるものである。

このように構成することにより、空気注入装置１３により注入する空気注入量を、バイオガスの脱硫を妨げる可能性が高い問題から順に発生するのを阻止するように制御し、バイオガスに対する空気の割合をより適切に設定することが可能となる。このバイオガスの脱硫を妨げる可能性が高い問題とは、後述する乾式脱硫装置１２内の温度による問題、バイオガスの流量による問題、及びバイオガスに含まれるメタンの濃度による問題である。したがって、生物脱硫装置１１及び乾式脱硫装置１２によるバイオガスの脱硫効率の低下を防止して、バイオガスを安定して精製することができる。

乾式脱硫装置１２内の温度による問題は、最もバイオガスの脱硫を妨げる可能性が高い問題であり、空気注入量が増加して、余剰酸素が大量に乾式脱硫装置１２に供給されると、硫化鉄と酸素の発熱反応が促進して、脱硫剤の温度が異常に上昇し、乾式脱硫装置１２による脱硫に支障が生じるという問題である。本実施形態においては、乾式脱硫装置１２内の温度が第一の所定値Ｋ１（基準温度）を超えている場合、空気注入装置１３の空気注入量が温度センサ３３の検出値Ｔに基づいて減少する。したがって、このような発熱反応を抑制して、脱硫剤の温度の異常上昇を防止し、この問題が発生するのを阻止することができる。

バイオガスの流量による問題は、次にバイオガスの脱硫を妨げる可能性が高い問題であり、バイオガスの流量が第三の所定値Ｋ３よりも小さい場合に空気注入量が減少しないと、乾式脱硫装置１２へ余剰空気が流れ込み、乾式脱硫装置１２による脱硫に支障が生じる。バイオガスの流量が第二の所定値Ｋ２よりも大きい場合に空気注入量が増加しないと、十分な空気が生物脱硫装置１１に供給されず、生物脱硫装置１１によるバイオガスの脱硫効率が低下するという問題である。本実施形態においては、空気注入装置１３の空気注入量が流量センサ３１の検出値Ｑに基づいて減少又は増加する。したがって、空気の生物脱硫装置１１への供給量を適切なものとして、この問題が発生するのを阻止することができる。

バイオガスに含まれるメタンの濃度による問題は、３つの問題の中では、バイオガスの脱硫を妨げる可能性が最も低い問題であり、バイオガスに含まれるメタンの濃度が第四の所定値Ｋ４（基準濃度）よりも小さい場合に空気注入量が減少しないと、バイオガスに対する空気の割合が低下せずに、メタンの濃度が小さいまま、バイオガスが燃料ガスとしてガスエンジン発電機４（ガスエンジン）に供給されると、ガスエンジン発電機４を正常に駆動させることができず、発電システム１００の全停止させるおそれがあるという問題である。本実施形態においては、バイオガスに含まれるメタンの濃度が第四の所定値Ｋ４（基準濃度）よりも小さい場合、空気注入量が減少する。したがって、バイオガスに含まれるメタンの濃度を適切なものとして、この問題が発生するのを阻止することができる。

１発酵槽
２精製システム
３ガスホルダ
４ガスエンジン発電機
５ガス通路
１１生物脱硫装置
１２乾式脱硫装置
１３空気注入装置
３１流量センサ
３２濃度センサ
３３温度センサ
３４空気注入量センサ
４１制御装置
１００発電システム

Claims

有機性廃棄物のガス化により発生したバイオガスを精製するバイオガスの精製システムであって、
バイオガスに空気を注入する空気注入装置と、
前記空気注入装置により空気を注入されたバイオガスを微生物を用いて脱硫する生物脱硫装置と、
前記生物脱硫装置により脱硫されたバイオガスを酸化鉄を用いて脱硫する乾式脱硫装置と、
前記乾式脱硫装置により脱硫されたバイオガスの流量を検出する流量センサと、
前記乾式脱硫装置により脱硫されたバイオガスに含まれるメタンの濃度を検出する濃度センサと、
前記乾式脱硫装置内の温度を検出する温度センサと、
前記流量センサ、濃度センサ及び温度センサの検出値を用いて、前記空気注入装置の空気注入量を設定する制御を行う制御装置と、を備えるバイオガスの精製システム。
前記制御装置は、前記温度センサ、前記流量センサ、前記濃度センサの順に、これらのセンサに優先順位を設定し、その優先順位の高い順に各センサの検出値を用いて、前記空気注入装置の空気注入量を設定する制御を行う請求項１に記載のバイオガスの精製システム。
前記制御装置は、前記空気注入装置の空気注入量を設定する際、
前記温度センサの検出値と第一の所定値とを比較し、
前記温度センサの検出値が第一の所定値よりも大きいときは、空気注入量を現在の設定値から減少させ、
前記温度センサの検出値が第一の所定値以下のときは、空気注入量を前記現在の設定値に維持して、前記流量センサの検出値に基づいて算出したバイオガス発生量と第二の所定値とを比較し、
前記バイオガス発生量が第二の所定値よりも大きいときは、空気注入量を前記現在の設定値から増加させ、
前記バイオガス発生量が第二の所定値以下のときは、前記バイオガス発生量と第三の所定値とを比較し、
前記バイオガス発生量が第三の所定値以上のときは、空気注入量を前記現在の設定値に維持し、
前記バイオガス発生量が第三の所定値よりも小さいときは、空気注入量を前記現在の設定値に減少させ、前記濃度センサの検出値と所定値とを比較し、
前記濃度センサの検出値が第四の所定値以上のときは、空気注入量を現在の設定値に維持し、
前記濃度センサの検出値が第四の所定値よりも小さいときは、空気注入量を現在の設定値から減少させる請求項２に記載のバイオガスの精製システム。