JP6652858B2 - Biogas purification system and biogas purification method - Google Patents

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Description

本発明は、バイオガス精製システム及びバイオガス精製方法に関する。   The present invention relates to a biogas purification system and a biogas purification method.

再生可能エネルギーの利用拡大が期待されており、バイオマスから発生するバイオガスを有効活用しようとする取り組みが活発化している。バイオガスは、約６０％のメタンと約４０％の二酸化炭素、その他に硫化水素やシロキサン等の微量不純物を含む。このため、バイオガスをそのまま利用するにはバイオガス専用機器を用いる必要があるが、バイオガス専用機器は種類が少なく高価であるという問題がある。   The use of renewable energy is expected to expand, and efforts to effectively use biogas generated from biomass are increasing. Biogas contains about 60% methane and about 40% carbon dioxide, as well as trace impurities such as hydrogen sulfide and siloxane. For this reason, in order to use biogas as it is, it is necessary to use a dedicated device for biogas. However, there is a problem that dedicated devices for biogas are few and expensive.

そこで、バイオガスをバイオガス専用機器ではないガスエンジンや燃料電池システム等の消費機器において利用可能にするために様々な技術が提案されている。例えば、バイオガスに補助燃料ガス及び空気を混合し、上記したような消費機器で利用可能な混合ガスを調製する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。   Therefore, various technologies have been proposed to make biogas usable in consumer devices such as gas engines and fuel cell systems that are not dedicated to biogas. For example, a technique has been proposed in which an auxiliary fuel gas and air are mixed with biogas to prepare a mixed gas that can be used in a consumer device as described above (for example, see Patent Document 1).

特開２００２−２２６８７８号公報JP-A-2002-226878

しかしながら、特許文献１に記載されている技術では、バイオガスの発生量や組成等に応じて補助燃料ガスや空気の混合量を調整して混合ガスの熱量を一定にするために、バイオガス中のＣＯ２濃度を検出するＣＯ２濃度計や、混合ガスの熱量を検出するカロリーメータ等を設ける必要があり、装置構成が複雑化且つ大型化する可能性がある。 However, in the technology described in Patent Document 1, in order to adjust the mixing amount of the auxiliary fuel gas or air in accordance with the generation amount and composition of the biogas and to keep the calorific value of the mixed gas constant, and the CO 2 concentration meter for detecting the concentration of CO 2, it is necessary to provide a calorimeter that detects the heat quantity of the gas mixture, the apparatus configuration is likely to complicate and large in size.

本発明は上記に鑑みてなされたものであって、簡易な構成で精製ガスの熱量を一定に保つことが可能なバイオガス精製システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a biogas purification system capable of maintaining a constant calorific value of a purified gas with a simple configuration.

本発明の一態様のバイオガス精製システムによれば、バイオガスから二酸化炭素を分離して精製ガスを得る精製装置と、前記精製ガスを燃焼する消費機器から排出される排ガス中の酸素濃度を計測する酸素濃度計と、前記排ガス中の酸素濃度に基づいて、前記精製ガスが目標メタン濃度に保たれるように前記精製装置の精製条件を制御する制御装置と、を有し、前記精製装置は、前記バイオガスから二酸化炭素を分離する複数の分離膜と、前記複数の分離膜への前記バイオガスの供給経路を開放又は遮断する開閉部とを有し、前記複数の分離膜は、３つ以上並列接続された分離膜と、前記並列接続された分離膜の後段に、それぞれの前記並列接続された分離膜と連結された分離膜とを備え、前記制御装置は、前記排ガス中の酸素濃度に基づいて、前記開閉部を制御して前記バイオガスを供給する分離膜の数を変更する。
According to the biogas purification system of one embodiment of the present invention, a purification device that separates carbon dioxide from biogas to obtain a purified gas, and measures an oxygen concentration in exhaust gas discharged from a consumer appliance that burns the purified gas and the oxygen concentration meter that, based on the oxygen concentration in the exhaust gas, the purified gas is closed and a control device for controlling the purification conditions of the refining device so as to maintain the target methane concentration, the purification apparatus A plurality of separation membranes for separating carbon dioxide from the biogas, and an opening / closing unit for opening or shutting off a supply path of the biogas to the plurality of separation membranes, the plurality of separation membranes being three in number. A separation membrane connected in parallel as described above, and a separation membrane connected to each of the parallel-connected separation membranes at a stage subsequent to the separation membrane connected in parallel, wherein the control device is configured to control an oxygen concentration in the exhaust gas. Based on , And controls the switching unit to change the number of the separation membrane for supplying the biogas.

本発明の実施形態によれば、簡易な構成で精製ガスの熱量を一定に保つことが可能なバイオガス精製システムが提供される。   According to an embodiment of the present invention, there is provided a biogas purification system capable of maintaining a constant calorific value of a purified gas with a simple configuration.

実施形態におけるバイオガス精製システムの構成を例示する図である。It is a figure which illustrates the structure of the biogas purification system in an embodiment. 実施形態における精製装置の構成を例示する図である。It is a figure which illustrates the structure of the refinement | purification apparatus in embodiment. 精製ガスのメタン濃度と排ガス中の酸素濃度との関係を例示する図である。It is a figure which illustrates the relationship between the methane concentration of refined gas, and the oxygen concentration in exhaust gas. 精製装置におけるガス流量と精製ガスのメタン濃度との関係を例示する図である。It is a figure which illustrates the relationship between the gas flow rate in a refiner, and the methane concentration of a refined gas. 実施形態におけるバイオガス精製処理のフローチャートを例示する図である。It is a figure which illustrates the flow chart of the biogas purification processing in an embodiment. 実施形態におけるバイオガス精製システムの構成を例示する図である。It is a figure which illustrates the structure of the biogas purification system in an embodiment. 実施形態におけるバイオガス精製システムの構成を例示する図である。It is a figure which illustrates the structure of the biogas purification system in an embodiment.

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。   Hereinafter, embodiments for carrying out the invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same components are denoted by the same reference numerals, and redundant description may be omitted.

図１は、実施形態におけるバイオガス精製システム１の構成を例示する図である。   FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a biogas purification system 1 according to the embodiment.

図１に示されるように、バイオガス精製システム１は、精製装置１０、酸素濃度計２０、制御装置３０を有する。   As shown in FIG. 1, the biogas purification system 1 has a purification device 10, an oxygen concentration meter 20, and a control device 30.

精製装置１０は、バイオガスから二酸化炭素を分離して高濃度メタンガスを精製する。精製装置１０は、バイオガスから精製した精製ガスを、接続されている消費機器５０に供給する。   The purification device 10 separates carbon dioxide from biogas to purify high-concentration methane gas. The purification device 10 supplies the purified gas purified from the biogas to the connected consumer device 50.

図２は、実施形態における精製装置１０の構成を例示する図である。   FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the purification device 10 according to the embodiment.

図２に示されるように、精製装置１０は、圧力調整部としての圧縮機１１０、複数の分離膜１２０ａ〜１２０ｆ、開閉部としての開閉弁１３０ａ〜１３０ｃ、流量調整部としての流量制御弁１４０を有する。精製装置１０に供給されるバイオガスは、圧縮機１１０、複数の分離膜１２０ａ〜１２０ｆ、開閉弁１３０ａ〜１３０ｃ、及び流量制御弁１４０を通り、二酸化炭素が分離されてメタン濃度が高められた精製ガスとして消費機器５０に供給される。なお、以下の説明では、複数の分離膜１２０ａ〜１２０ｆを、単に「分離膜１２０」という場合がある。また、開閉弁１３０ａ〜１３０ｃを、単に「開閉弁１３０」という場合がある。   As shown in FIG. 2, the purification device 10 includes a compressor 110 as a pressure adjustment unit, a plurality of separation membranes 120a to 120f, opening and closing valves 130a to 130c as opening and closing units, and a flow control valve 140 as a flow adjustment unit. Have. The biogas supplied to the purification device 10 passes through the compressor 110, the plurality of separation membranes 120a to 120f, the on-off valves 130a to 130c, and the flow control valve 140, and is purified in which carbon dioxide is separated and the methane concentration is increased. The gas is supplied to the consumer device 50 as a gas. In the following description, the plurality of separation membranes 120a to 120f may be simply referred to as “separation membrane 120”. The on-off valves 130a to 130c may be simply referred to as “on-off valve 130”.

圧縮機１１０は、制御装置３０に制御されて精製装置１０に供給されるバイオガスを圧縮し、精製装置１０に供給するバイオガスの圧力を調整する。なお、圧縮機１１０とは異なる手段で分離膜１２０に供給するバイオガスの圧力を調整してもよい。   The compressor 110 is controlled by the control device 30 to compress the biogas supplied to the purification device 10 and adjust the pressure of the biogas supplied to the purification device 10. The pressure of the biogas supplied to the separation membrane 120 may be adjusted by means different from the compressor 110.

分離膜１２０は、それぞれバイオガスから二酸化炭素を分離して高濃度メタンガスを取り出すことができる。分離膜１２０によって取り出された高濃度メタンガスは、精製ガスとして流量制御弁１４０を通って消費機器５０に供給される。また、分離膜１２０によってバイオガスから分離された高濃度二酸化炭素ガスは、精製装置１０の外部に排出される。   The separation membrane 120 can separate high-concentration methane gas by separating carbon dioxide from biogas. The high-concentration methane gas taken out by the separation membrane 120 is supplied to the consumer device 50 through the flow control valve 140 as a purified gas. The high-concentration carbon dioxide gas separated from the biogas by the separation membrane 120 is discharged to the outside of the purification device 10.

本実施形態における精製装置１０には、図２に示されるように、６本の分離膜１２０ａ〜１２０ｆが設けられている。分離膜１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃは、並列接続されて圧縮機１１０を通過したバイオガスが供給される。分離膜１２０ｄは、開閉弁１３０ａを介して分離膜１２０ａに接続され、開閉弁１３０ａが開弁されると分離膜１２０ａを通過したガスが供給される。分離膜１２０ｅは、開閉弁１３０ｂを介して分離膜１２０ｂに接続され、開閉弁１３０ｂが開弁されると分離膜１２０ｂを通過したガスが供給される。また、分離膜１２０ｆは、開閉弁１３０ｃを介して分離膜１２０ｃに接続され、開閉弁１３０ｃが開弁されると分離膜１２０ｃを通過したガスが供給される。   As shown in FIG. 2, the purification device 10 of the present embodiment is provided with six separation membranes 120a to 120f. The separation membranes 120a, 120b, and 120c are connected in parallel and supplied with biogas that has passed through the compressor 110. The separation membrane 120d is connected to the separation membrane 120a via the on-off valve 130a, and when the on-off valve 130a is opened, the gas that has passed through the separation membrane 120a is supplied. The separation membrane 120e is connected to the separation membrane 120b via the on-off valve 130b. When the on-off valve 130b is opened, the gas that has passed through the separation membrane 120b is supplied. The separation membrane 120f is connected to the separation membrane 120c via the on-off valve 130c, and when the on-off valve 130c is opened, the gas that has passed through the separation membrane 120c is supplied.

開閉弁１３０は、例えば電磁弁であり、制御装置３０に制御されて開弁又は閉弁することで、分離膜１２０ｄ，１２０ｅ，１２０ｆへのガス供給経路を開放又は遮断する。開閉弁１３０を開弁又は閉弁させることで、バイオガスから高濃度メタンガスを精製する分離膜１２０の数を、例えば３本から６本の間で変更することができる。   The on-off valve 130 is, for example, an electromagnetic valve, and opens or closes a gas supply path to the separation membranes 120d, 120e, and 120f by opening or closing the valve under the control of the control device 30. By opening or closing the on-off valve 130, the number of separation membranes 120 for purifying high-concentration methane gas from biogas can be changed, for example, from three to six.

なお、精製装置１０における分離膜１２０の数や配列、開閉弁１３０の配置等は、本実施形態において例示した構成に限られるものではない。分離膜１２０及び開閉弁１３０の構成は、バイオガスから二酸化炭素を分離して高濃度メタンガスを精製可能であり、バイオガスから高濃度メタンガスを精製する分離膜１２０の数を変更可能であれば、本実施形態とは異なる構成であってもよい。   The number and arrangement of the separation membranes 120 in the purification device 10, the arrangement of the on-off valves 130, and the like are not limited to the configuration exemplified in the present embodiment. The configuration of the separation membrane 120 and the on-off valve 130 can separate carbon dioxide from biogas to purify high-concentration methane gas, and if the number of separation membranes 120 for purifying high-concentration methane gas from biogas can be changed, The configuration may be different from that of the present embodiment.

流量制御弁１４０は、制御装置３０に制御されて消費機器５０に供給する精製ガスの流量を調整することで、精製装置１０におけるバイオガスの流量を制御する。   The flow control valve 140 controls the flow rate of the biogas in the purification device 10 by controlling the flow rate of the purified gas supplied to the consumer device 50 under the control of the control device 30.

本実施形態における精製装置１０は、図１に示されるように、上記した構成によりバイオガスから二酸化炭素を分離した高濃度メタンガスを精製ガスとして消費機器５０に供給する。消費機器５０は、例えばガスエンジン、燃料電池システム等であり、精製装置１０から供給される精製ガスを燃焼して熱や電気等のエネルギーを得る。   As shown in FIG. 1, the refining device 10 in the present embodiment supplies a high-concentration methane gas obtained by separating carbon dioxide from biogas by the above-described configuration to the consumer device 50 as a purified gas. The consumer device 50 is, for example, a gas engine, a fuel cell system, or the like, and obtains energy such as heat and electricity by burning the purified gas supplied from the refiner 10.

酸素濃度計２０は、精製装置１０から供給される精製ガスを燃焼する消費機器５０から排出される排ガス中の酸素濃度を計測する。酸素濃度計２０は、消費機器５０の排気経路に設けられ、計測した酸素濃度を制御装置３０に出力する。酸素濃度計２０は、排ガス中の酸素濃度を計測可能であれば、その計測方法は限定されない。また、酸素濃度計２０は、消費機器５０に組み込まれていてもよい。   The oxygen concentration meter 20 measures the oxygen concentration in the exhaust gas discharged from the consumer device 50 that burns the purified gas supplied from the purification device 10. The oxygen concentration meter 20 is provided in the exhaust path of the consumer device 50 and outputs the measured oxygen concentration to the control device 30. The measuring method of the oxygen concentration meter 20 is not limited as long as the oxygen concentration in the exhaust gas can be measured. Further, the oximeter 20 may be incorporated in the consumer device 50.

制御装置３０は、精製装置１０及び酸素濃度計２０に接続され、酸素濃度計２０から出力される消費機器５０の排ガス中の酸素濃度に基づいて、精製装置１０の精製条件を制御する。   The control device 30 is connected to the refining device 10 and the oximeter 20, and controls the refining conditions of the refining device 10 based on the oxygen concentration in the exhaust gas of the consumer device 50 output from the oximeter 20.

制御装置３０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、メインメモリ等を含んで構成される。制御装置３０の各種機能は、ＲＯＭ等に記録されたプログラムがメインメモリに読み出されてＣＰＵにより実行されることで実現される。なお、制御装置３０の一部又は全部は、ハードウェアのみにより実現されてもよい。また、制御装置３０は、物理的に複数の装置等により構成されてもよい。   The control device 30 includes, for example, a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), a main memory, and the like. Various functions of the control device 30 are realized by reading a program stored in a ROM or the like into a main memory and executing the program by a CPU. Note that part or all of the control device 30 may be realized only by hardware. Further, the control device 30 may be physically configured by a plurality of devices or the like.

制御装置３０が制御する精製装置１０の精製条件は、例えば、バイオガスの圧力及び流量、バイオガスから二酸化炭素を分離する分離膜の数等である。本実施形態における制御装置３０は、精製装置１０に設けられている圧縮機１１０、開閉弁１３０、及び流量制御弁１４０によって上記した精製装置１０の精製条件を制御する。例えば、制御装置３０は、圧縮機１１０によってバイオガスの圧力を制御し、流量制御弁１４０によってバイオガスの流量を制御できる。また、制御装置３０は、開閉弁１３０を開閉させることで分離膜の数を制御できる。   The purification conditions of the purification device 10 controlled by the control device 30 are, for example, the pressure and flow rate of the biogas, the number of separation membranes for separating carbon dioxide from the biogas, and the like. The control device 30 in the present embodiment controls the above-described purification conditions of the purification device 10 by the compressor 110, the on-off valve 130, and the flow control valve 140 provided in the purification device 10. For example, the controller 30 can control the pressure of the biogas by the compressor 110 and control the flow rate of the biogas by the flow control valve 140. The control device 30 can control the number of separation membranes by opening and closing the on-off valve 130.

制御装置３０は、精製装置１０から一定のメタン濃度の精製ガスが消費機器５０に供給されるように、酸素濃度計２０から出力される排ガス中の酸素濃度に基づいて、精製装置１０の精製条件を制御する。   The control device 30 controls the purification conditions of the purification device 10 based on the oxygen concentration in the exhaust gas output from the oximeter 20 so that the purification device 10 supplies the purified gas having a constant methane concentration to the consumer device 50. Control.

ここで、精製装置１０に供給されるバイオガスは、例えば季節によって組成が変化する場合がある。このように組成が変化した場合にも、精製装置１０が変化前と同じ精製条件で精製すると精製ガスのメタン濃度が低下する場合がある。このように精製ガスのメタン濃度が低下すると、消費機器５０の排ガスには未燃焼分の過剰空気が多く残留して酸素濃度が高くなる。   Here, the composition of the biogas supplied to the purification device 10 may change depending on the season, for example. Even when the composition changes in this manner, the methane concentration of the purified gas may decrease when the purification device 10 purifies under the same purification conditions as before the change. When the methane concentration of the purified gas is reduced in this way, a large amount of unburned excess air remains in the exhaust gas of the consumer device 50, and the oxygen concentration increases.

図３は、精製ガスのメタン濃度と消費機器５０の排ガス中の酸素濃度との関係を例示する図である。   FIG. 3 is a diagram illustrating a relationship between the methane concentration of the purified gas and the oxygen concentration in the exhaust gas of the consumer device 50.

図３に示されるように、精製ガスのメタン濃度が低下すると、設定された空気比で精製ガスを燃焼する消費機器５０から排出される排ガス中の酸素濃度が高くなる。そこで、制御装置３０は、例えば、酸素濃度計２０から出力される排ガス中の酸素濃度が基準値よりも高くなった場合には、精製装置１０による精製ガスのメタン濃度が高くなるように精製条件を変更する。   As shown in FIG. 3, when the methane concentration of the purified gas decreases, the oxygen concentration in the exhaust gas discharged from the consumer device 50 that burns the purified gas at the set air ratio increases. Therefore, for example, when the oxygen concentration in the exhaust gas output from the oxygen concentration meter 20 becomes higher than the reference value, the control device 30 sets the purification conditions so that the methane concentration of the purified gas by the purification device 10 becomes high. To change.

精製装置１０では、例えばバイオガスの圧力が上がるか、バイオガスの流量が下がることで、精製ガスのメタン濃度が高くなる。また、精製装置１０では、例えば精製に使用される分離膜１２０の数が増えることで、精製ガスのメタン濃度が高くなる。   In the purifying apparatus 10, for example, the pressure of the biogas increases or the flow rate of the biogas decreases, so that the methane concentration of the purified gas increases. Further, in the purification device 10, for example, the number of separation membranes 120 used for purification increases, so that the methane concentration of the purified gas increases.

図４は、精製装置１０におけるガス流量と精製ガスのメタン濃度との関係を例示する図である。   FIG. 4 is a diagram illustrating the relationship between the gas flow rate in the purification device 10 and the methane concentration of the purified gas.

精製装置１０において、例えば図４（Ａ）に示されるようなバイオガスのガス流量と精製ガスのメタン濃度との関係が得られていたとする。制御装置３０は、このような関係に基づいて、精製ガスが目標メタン濃度（例えば９８％）となるように、精製装置１０の流量制御弁１４０を制御してバイオガスの流量をＦ１に設定する。   It is assumed that the relationship between the gas flow rate of the biogas and the methane concentration of the purified gas, for example, as shown in FIG. The control device 30 controls the flow control valve 140 of the purification device 10 to set the flow rate of the biogas to F1 such that the purified gas has the target methane concentration (for example, 98%) based on such a relationship. .

しかし、精製装置１０に供給されるバイオガスの組成が変動し、例えば図４（Ｂ）において実線で示されるように、バイオガスの流量Ｆ１における精製ガスのメタン濃度が目標メタン濃度９８％から８５％に下がったとする。このような場合には、図３に示されるように、精製ガスのメタン濃度が下がったことにより消費機器５０における排ガス中の酸素濃度が上昇する。そこで、制御装置３０は、精製ガスのメタン濃度が設定されている目標メタン濃度まで上昇し、酸素濃度計２０から出力される排ガス中の酸素濃度が基準値まで低下するように、流量制御弁１４０を制御してバイオガスの流量をＦ１からＦ２まで下げる。排ガス中の酸素濃度の基準値は、例えば図３に示される関係から、精製ガスの目標メタン濃度に基づいて設定される。   However, the composition of the biogas supplied to the purification device 10 fluctuates. For example, as shown by a solid line in FIG. 4B, the methane concentration of the purified gas at the flow rate F1 of the biogas is changed from the target methane concentration of 98% to 85%. %. In such a case, as shown in FIG. 3, the oxygen concentration in the exhaust gas of the consumer device 50 increases due to the decrease in the methane concentration of the purified gas. Therefore, the control device 30 controls the flow rate control valve 140 so that the methane concentration of the purified gas increases to the set target methane concentration, and the oxygen concentration in the exhaust gas output from the oximeter 20 decreases to the reference value. To reduce the flow rate of biogas from F1 to F2. The reference value of the oxygen concentration in the exhaust gas is set based on the target methane concentration of the purified gas, for example, from the relationship shown in FIG.

制御装置３０は、例えば上記したように、酸素濃度計２０から出力される排ガス中の酸素濃度に基づいてバイオガスの流量を制御することで、精製装置１０による精製ガスのメタン濃度を目標メタン濃度に保つことができる。   The control device 30 controls the flow rate of the biogas based on the oxygen concentration in the exhaust gas output from the oximeter 20, for example, as described above, and thereby adjusts the methane concentration of the purified gas by the purification device 10 to the target methane concentration. Can be kept.

なお、制御装置３０は、精製装置１０による精製ガスが目標メタン濃度となるように、精製装置１０の圧縮機１１０によってバイオガスの圧力を制御してもよく、精製装置１０の開閉弁１３０によって精製に使用する分離膜１２０の数を制御してもよい。制御装置３０は、精製装置１０の圧縮機１１０、開閉弁１３０、及び流量制御弁１４０のうち１つ以上を制御し、精製装置１０による精製ガスが目標メタン濃度に保たれるように精製条件を制御する。   Note that the control device 30 may control the pressure of the biogas by the compressor 110 of the purification device 10 so that the purified gas by the purification device 10 has the target methane concentration, and the purification device 10 by the on-off valve 130 of the purification device 10. May be controlled by the number of separation membranes 120 used. The control device 30 controls one or more of the compressor 110, the on-off valve 130, and the flow control valve 140 of the refining device 10, and adjusts the refining conditions so that the purified gas by the refining device 10 is maintained at the target methane concentration. Control.

図５は、実施形態におけるバイオガス精製処理のフローチャートを例示する図である。   FIG. 5 is a diagram illustrating a flowchart of a biogas purification process in the embodiment.

本実施形態におけるバイオガス精製処理では、まずステップＳ１０１にて、精製装置１０による精製ガスの目標メタン濃度が決定される。次にステップＳ１０２にて、消費機器５０の排ガス中の酸素濃度の基準値が決定される。   In the biogas purification process according to the present embodiment, first, in step S101, the target methane concentration of the purified gas by the purification device 10 is determined. Next, in step S102, a reference value of the oxygen concentration in the exhaust gas of the consumer device 50 is determined.

排ガス中の酸素濃度の基準値は、消費機器５０が設定されている空気比で精製ガスを燃焼したときの精製ガスのメタン濃度と排ガス中の酸素濃度との関係に基づいて決定される。例えば、消費機器５０の空気比が１．２に設定されて図３に示される関係が得られた場合において、精製ガスの目標メタン濃度が９８％の場合には、排ガス中の酸素濃度の基準値を３．２％に決定する。   The reference value of the oxygen concentration in the exhaust gas is determined based on the relationship between the methane concentration of the purified gas and the oxygen concentration in the exhaust gas when the consumer device 50 burns the purified gas at the set air ratio. For example, when the air ratio of the consumer device 50 is set to 1.2 and the relationship shown in FIG. 3 is obtained, and the target methane concentration of the purified gas is 98%, the reference value of the oxygen concentration in the exhaust gas is used. The value is determined to be 3.2%.

ステップＳ１０３では、制御装置３０が、精製ガスの目標メタン濃度に基づいて、精製装置１０における精製条件を設定する。制御装置３０は、設定した精製条件に基づいて、精製装置１０の圧縮機１１０、開閉弁１３０、及び流量制御弁１４０によって、バイオガスの圧力及び流量、分離膜の数を制御する。   In step S103, the control device 30 sets the purification conditions in the purification device 10 based on the target methane concentration of the purified gas. The control device 30 controls the pressure and flow rate of biogas and the number of separation membranes by the compressor 110, the on-off valve 130, and the flow rate control valve 140 of the purification device 10 based on the set purification conditions.

次にステップＳ１０４にて、精製装置１０が、バイオガスの精製を開始し、精製ガスを消費機器５０に供給する。消費機器５０は、精製装置１０から供給される精製ガスを燃焼して熱や電気等のエネルギーを得る。   Next, in step S104, the purification device 10 starts the purification of the biogas, and supplies the purified gas to the consumer device 50. The consumer device 50 obtains energy such as heat and electricity by burning the purified gas supplied from the purification device 10.

このように消費機器５０において精製装置１０から供給される精製ガスが燃焼されている状態で、ステップＳ１０５にて、酸素濃度計２０が消費機器５０の排ガス中の酸素濃度を計測する。酸素濃度計２０は、計測した排ガス中の酸素濃度を制御装置３０に出力する。   In the state where the purified gas supplied from the purification device 10 is being burned in the consumer device 50 in this way, the oxygen concentration meter 20 measures the oxygen concentration in the exhaust gas of the consumer device 50 in step S105. The oxygen concentration meter 20 outputs the measured oxygen concentration in the exhaust gas to the control device 30.

次にステップＳ１０６にて、制御装置３０が、酸素濃度計２０から出力された排ガス中の酸素濃度と、ステップＳ１０２において決定された酸素濃度の基準値とを比較する。酸素濃度計２０から出力された排ガス中の酸素濃度が基準値よりも大きい場合（ステップＳ１０６：ＹＥＳ）には、ステップＳ１０７に進む。   Next, in step S106, the control device 30 compares the oxygen concentration in the exhaust gas output from the oximeter 20 with the reference value of the oxygen concentration determined in step S102. When the oxygen concentration in the exhaust gas output from the oxygen concentration meter 20 is higher than the reference value (step S106: YES), the process proceeds to step S107.

ステップＳ１０７では、制御装置３０が、精製装置１０による精製ガスのメタン濃度が上がり、消費機器５０の排ガス中の酸素濃度が低下して基準値以下となるように、精製装置１０の精製条件を変更する。制御装置３０は、例えば、精製装置１０の圧縮機１１０を制御してバイオガスの圧力を上げたり、や流量制御弁１４０を制御してバイオガスの流量を下げたりする。また、制御装置３０は、例えば、精製装置１０の開閉弁１３０を制御して精製に使用する分離膜１２０の数を増やす。   In step S107, the control device 30 changes the refining conditions of the refining device 10 so that the methane concentration of the purified gas by the refining device 10 increases and the oxygen concentration in the exhaust gas of the consumer device 50 decreases and becomes equal to or lower than the reference value. I do. The control device 30 controls, for example, the compressor 110 of the purification device 10 to increase the pressure of the biogas, or controls the flow control valve 140 to decrease the flow rate of the biogas. Further, the control device 30 controls, for example, the on-off valve 130 of the purification device 10 to increase the number of separation membranes 120 used for purification.

消費機器５０の排ガス中の酸素濃度が基準値以下となるまで（ステップＳ１０９：ＹＥＳ）、ステップＳ１０７及びステップＳ１０８の処理が繰り返し実行される。消費機器５０の排ガス中の酸素濃度が基準値以下となり（ステップＳ１０９：ＹＥＳ）、バイオガスの精製を継続する場合（ステップＳ１１０：ＮＯ）には、ステップＳ１０５以降の処理を繰り返し実行する。精製装置１０におけるバイオガスの精製を終了する場合（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）には、バイオガス精製処理を終了する。   Until the oxygen concentration in the exhaust gas of the consumer device 50 becomes equal to or lower than the reference value (Step S109: YES), the processes of Step S107 and Step S108 are repeatedly executed. When the oxygen concentration in the exhaust gas of the consumer device 50 becomes equal to or lower than the reference value (step S109: YES) and the biogas purification is continued (step S110: NO), the processing from step S105 is repeatedly executed. When the purification of the biogas in the refining device 10 is finished (step S110: YES), the biogas purification process is finished.

以上で説明したように、本実施形態におけるバイオガス精製システム１では、制御装置３０が消費機器５０の排ガス中の酸素濃度に基づいて精製装置１０の精製条件を制御する。したがって、精製装置１０に供給されるバイオガスの組成が変動した場合であっても、精製装置１０から消費機器５０に供給する精製ガスのメタン濃度を目標メタン濃度に保つことができる。   As described above, in the biogas purification system 1 according to the present embodiment, the control device 30 controls the purification conditions of the purification device 10 based on the oxygen concentration in the exhaust gas of the consumer device 50. Therefore, even when the composition of the biogas supplied to the purification device 10 fluctuates, the methane concentration of the purified gas supplied from the purification device 10 to the consumer device 50 can be maintained at the target methane concentration.

なお、本実施形態におけるバイオガス精製システム１は、図６に示されるように、精製装置１０による精製ガスと都市ガスとを混合したガスを消費機器５０に供給してもよい。   In addition, the biogas purification system 1 in the present embodiment may supply a gas obtained by mixing a purified gas from the purification device 10 and a city gas to the consumer device 50, as shown in FIG.

また、図７に示されるように、バイオガス精製システム１に精製装置１０による精製ガスに臭気を付与する付臭装置４０を設け、付臭した精製ガスを都市ガス等の導管６０に注入するように構成してもよい。   As shown in FIG. 7, the biogas purification system 1 is provided with an odor device 40 for imparting an odor to the purified gas by the purification device 10, and the odorized purified gas is injected into a conduit 60 such as a city gas. May be configured.

以上、実施形態に係るバイオガス精製システム及びバイオガス精製方法について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。   As described above, the biogas purification system and the biogas purification method according to the embodiment have been described, but the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications and improvements can be made within the scope of the present invention.

１ バイオガス精製システム
１０ 精製装置
２０ 酸素濃度計
３０ 制御装置
５０ 消費機器
１１０ 圧縮機（圧力調整部）
１２０ 分離膜
１３０ 開閉弁（開閉部）
１４０ 流量制御弁（流量調整部）
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Biogas purification system 10 Purifier 20 Oxygen meter 30 Controller 50 Consumer equipment 110 Compressor (pressure adjusting unit)
120 Separation membrane 130 Open / close valve (open / close section)
140 Flow control valve (flow control unit)

Claims (4)

バイオガスから二酸化炭素を分離して精製ガスを得る精製装置と、
前記精製ガスを燃焼する消費機器から排出される排ガス中の酸素濃度を計測する酸素濃度計と、
前記排ガス中の酸素濃度に基づいて、前記精製ガスが目標メタン濃度に保たれるように前記精製装置の精製条件を制御する制御装置と、を有し、
前記精製装置は、前記バイオガスから二酸化炭素を分離する複数の分離膜と、
前記複数の分離膜への前記バイオガスの供給経路を開放又は遮断する開閉部とを有し、
前記複数の分離膜は、３つ以上並列接続された分離膜と、前記並列接続された分離膜の後段に、それぞれの前記並列接続された分離膜と連結された分離膜とを備え、
前記制御装置は、前記排ガス中の酸素濃度に基づいて、前記開閉部を制御して前記バイオガスを供給する分離膜の数を変更する
ことを特徴とするバイオガス精製システム。 A purifying apparatus that separates carbon dioxide from biogas to obtain a purified gas,
An oxygen concentration meter that measures the oxygen concentration in exhaust gas discharged from a consumer device that burns the purified gas,
Based on the oxygen concentration in the exhaust gas, have a, a control device for controlling the purification conditions of the refining device so that the purified gas is maintained at a target methane concentration,
The purification device, a plurality of separation membranes for separating carbon dioxide from the biogas,
An opening and closing unit that opens or shuts off a supply path of the biogas to the plurality of separation membranes,
The plurality of separation membranes include three or more separation membranes connected in parallel, and a separation membrane connected to each of the parallel-connected separation membranes at a stage subsequent to the separation membrane connected in parallel,
The biogas purification system , wherein the control device controls the opening / closing unit to change the number of separation membranes for supplying the biogas, based on an oxygen concentration in the exhaust gas. 前記精製装置は、前記複数の分離膜に供給する前記バイオガスの圧力を調整する圧力調整部を有し、
前記制御装置は、前記排ガス中の酸素濃度に基づいて、前記圧力調整部を制御して前記バイオガスの圧力を変更する
ことを特徴とする請求項１に記載のバイオガス精製システム。 The purification device has a pressure adjusting unit that adjusts the pressure of the biogas supplied to the plurality of separation membranes,
2. The biogas purification system according to claim 1 , wherein the control device changes the pressure of the biogas by controlling the pressure adjusting unit based on an oxygen concentration in the exhaust gas. 3. 前記精製装置は、前記複数の分離膜に供給する前記バイオガスの流量を調整する流量調整部を有し、
前記制御装置は、前記排ガス中の酸素濃度に基づいて、前記流量調整部を制御して前記バイオガスの流量を変更する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のバイオガス精製システム。 The purification device has a flow rate adjustment unit that adjusts the flow rate of the biogas supplied to the plurality of separation membranes,
3. The biogas purification system according to claim 1, wherein the control device changes the flow rate of the biogas by controlling the flow rate adjustment unit based on an oxygen concentration in the exhaust gas. 4. バイオガスから二酸化炭素を分離して精製ガスを得る精製ステップと、
前記精製ステップにより精製された前記精製ガスを燃焼する消費機器から排出される排ガス中の酸素濃度を計測する酸素濃度計測ステップと、
前記排ガス中の酸素濃度に基づいて、前記精製ガスが目標メタン濃度に保たれるように前記精製ステップの精製条件を制御する制御ステップと、を有し、
前記精製ステップは、前記バイオガスから二酸化炭素を分離する複数の分離膜と、
前記複数の分離膜への前記バイオガスの供給経路を開放又は遮断する開閉部とを用い、
前記複数の分離膜は、前記バイオガスが流れる、３つ以上並列接続された分離膜と、前記並列接続された分離膜の後段に、それぞれの前記並列接続された分離膜と連結された分離膜とを備え、
前記排ガス中の酸素濃度に基づいて、前記開閉部を制御して前記バイオガスを供給する分離膜の数を変更する
ことを特徴とするバイオガス精製方法。 A purification step of separating carbon dioxide from biogas to obtain a purified gas,
And the oxygen concentration measurement step of measuring the oxygen concentration in the exhaust gas discharged from the consuming device for combusting the purified gas is purified by the purification step,
On the basis of the oxygen concentration in the exhaust gas, have a, a control step of the purification gas to control the purification conditions of the purification steps so as to maintain the target methane concentration,
The purification step, a plurality of separation membranes for separating carbon dioxide from the biogas,
Using an opening and closing unit to open or shut off the supply path of the biogas to the plurality of separation membranes,
The plurality of separation membranes include three or more parallel-connected separation membranes through which the biogas flows, and separation membranes connected to the respective parallel-connected separation membranes after the parallel-connected separation membranes. With
A biogas refining method , wherein the number of separation membranes for supplying the biogas is changed by controlling the opening / closing unit based on the oxygen concentration in the exhaust gas.
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