JP6977972B2 - 生物的物質の嫌気性発酵からのバイオガスの性質向上及び水素生成のための方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前提部に開示されるような、メタン及び水素から選択されるエネルギー豊富なガスの生成を伴う生物的物質の嫌気性発酵の方法、並びに請求項１２の前提部に開示されるような、前記方法を実施するためのデバイスに関する。

バイオガスは、肥料、廃水及び下水汚泥、都市廃棄物、植物性廃棄物（ｇｒｅｅｎ ｗａｓｔｅ）、植物材料、及び作物等の生分解性物質の嫌気性消化（ＡＤ）又は発酵によって生成しうる。バイオガスは、主にメタン（ＣＨ_４）、及び二酸化炭素（ＣＯ_２）、並びに少量の硫化水素（Ｈ_２Ｓ）、水分、及びシロキサンからなる。

嫌気的に生成されたバイオガスを輸送燃料として使用する場合（自動車グレード）、不純物を除去し、そのカロリー量（発熱量）を増加させるために、まずこれを性質向上しなければならない。この性質向上工程は、乾燥、脱硫、及びＣＯ_２除去を含む。ＣＯ_２分離は、通常、水スクラビング、有機溶媒を用いた物理的若しくは化学的吸収、圧力スイング吸着、又は膜を用いた透過によって、系の場所及びサイズに応じて行われる。

Ｅｌｓｅｖｉｅｒ Ｌｔｄ．によって出版されたＥｎｅｒｇｉａ Ｐｒｏｃｅｄｉａ ６３（２０１４）２７９−２８５にも記載されているように、２０１５年４月１４日のＧｒｏｕｐ Ｅｘｈｉｂｉｔ ２０１５ Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｆｕｅｌ Ｂａｔｔｅｒｉｅｓで行われた発表において、固体酸化物形燃料電池の使用、及びＣＯ_２捕捉剤としてのＣａＯの使用を含む、いわゆるｂｉｏ−ＺＥＧメタンのための設備が提示され、議論された。しかしながら、このような方法の原料供給源としてＣＯ_２を含有する原バイオガスを使用することについては言及されていない。

米国特許出願公開第２０１５／０２８４２４７号明細書は、触媒反応を通して副生成物を除去するための収着強化反応（ｓｏｒｐｔｉｏｎ ｅｎｈａｎｃｅｄ ｒｅａｃｔｉｏｎ；ＳＥ−ＳＭＲ）のために構成されたカラムを含む、高純度ガス生成装置を教示する。このカラムは、触媒の割合を減少させ、吸収剤の割合を増加させた複数のセクションに分けられている。

この技術分野における他の刊行物としては、米国特許出願公開第２０１３／０１１３２６号明細書及び独国特許出願公開第１９９４６３８１号明細書が挙げられる。

しかし、バイオガスの主な欠点及び課題の１つは、（バイオ）ガス車の燃料として、又は水素燃料電池電気自動車（ｆｕｅｌ ｃｅｌｌ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅｓ；ＦＣＥＶ）の供給源として使用するための品質を有するバイオメタンへの性質向上の必要性である。食品廃棄物（又は肥料、廃水等の他の供給源）処理施設からのバイオガスは、典型的には５５〜６５％のＣＨ_４及び３５〜４５％のＣＯ_２からなる。性質向上（ＣＯ_２除去）はエネルギーを消費し、システム全体に多大なコストが加わる（Ｌｕｏ ａｎｄ Ａｎｇｅｌｉｄａｋｉ、２０１２）。したがって、例えば自動車の燃料として直接使用したり水素燃料電池電気自動車に用いる水素生成源として使用したりする嫌気的に生成されたバイオガスを性質向上するための、新規で、より効率的で、より安価な方法を見出す必要がある。

しかし、有機廃棄物の消化により生成する燃料を自動車燃料として競争力あるものにするためには、依然としてこの分野におけるさらなる改善が必要である。

これは、嫌気性消化（ＡＤ）プロセスに水素を添加してメタン含有率を約８０％に増加させることによりＣＯ_２含有率を減少させメタン含有率を増加させることによってある程度達成することができる。

したがって、本発明の主な目的は、ＣＯ_２を捕捉するか又は気候に悪影響を与えない、湿った有機基質の嫌気性消化に基づく自動車グレード燃料の製造を可能にする、新規で費用効率の高いプロセスを開発することである。

上述の目的は、請求項１で定義される本発明に係る方法によって達成される。

別の態様によれば、本発明は、請求項１２で定義される、上記方法を実行するための装置に関する。

好ましい実施形態は、従属請求項に開示される。

本明細書中で議論される「原バイオガス」とは、硫黄が除去されているが、本質的に純粋なメタンである性質向上されたバイオガスとは対象的に、ＣＯ_２の含有率が嫌気性ダイジェスターリアクターから生成されたままの状態であるバイオガスであると理解される。

Ｈ_２を消化工程に加えると、バイオメタンとＣＯ_２との比率が増加し、ＣＯ_２含有率は２０％未満になる可能性がある。

本発明の主な特徴は、メタン：ＣＯ_２比が増加している原バイオガスを、事前にＣＯ_２を分離せずに、収着強化型改質（ＳＥＲ：ｓｏｒｐｔｉｏｎ ｅｎｈａｎｃｅｄ ｒｅｆｏｒｍｉｎｇ）プロセスで直接的に変換することである。これは、最初の脱硫された原バイオガス（ＣＨ_４＋ＣＯ_２）からのＣＯ_２と、改質工程（ＳＥ−ＳＭＲプロセス）で形成されたＣＯ_２との両方を捕捉するように、改質器７０を設計することによって達成される。

我々の知る限り、原バイオガス、又はメタンに加えてかなりの量の初期ＣＯ_２を含有するガスからの水素の生成に関して、ＣＯ_２の除去方法としてＣａループ化は示唆されていない。

供給ガスとして脱硫された原バイオガスを用いる全収着強化型改質（ＳＥＲ）プロセスは、下記の化学反応（不可逆）に示される：

ＣＨ_４ ＋ ＣＯ_２ ＋Ｈ_２Ｏ ＋ ＣａＯ ＝ ＣａＣＯ_３ ＋ Ｈ_２

本発明の２つの代替の実施形態、すなわち、
（１）収着強化型改質（ＳＥＲ）プロセスからのＨ_２の添加による、嫌気性消化（ＡＤ）リアクター中でのＣＯ_２のＣＨ_４への生物学的変換、及び、
（２）収着強化型改質（ＳＥＲ）リアクター中での脱硫された原バイオガス（ＣＨ_４＋ＣＯ_２）の水素への直接変換、
を以下に示す。

以下に例示されるように、本発明は、一実施形態において、有機廃棄物の嫌気性消化から、所望により全ＣＯ_２を捕捉して、自動車グレードのバイオメタン及び自動車グレードの水素を製造するための組み合わせられたシステムを提供する。

費用効率と持続可能性はプロセス全体のキーワードであり、共通の基準である。

本発明の各種実施形態を、添付の図面を参照して以下に説明する。
図１は、費用効率が高く、持続可能な方法で、生物的物質の嫌気性発酵から自動車グレードの水素が生産される、本発明の第１の実施形態の概略図である。
図２は、費用効率が高く、持続可能な方法で、生物的物質の嫌気性発酵から自動車グレードの水素及び自動車グレードのバイオメタンが生産される、本発明の別の実施形態の概略図である。
図３は、費用効率が高く、持続可能な方法で、生物的物質の嫌気性発酵から自動車グレードの水素が生産され、同時に電気も生成する、本発明の第３の実施形態の概略図である。
図４は、費用効率が高く、持続可能な方法で、生物的物質の嫌気性発酵から自動車グレードの水素及び自動車グレードのバイオメタンが生産され、同時に電気も生成する、本発明の第４の実施形態の概略図である。

図１に注目する。バイオガス生産のための嫌気ダイジェスター５０には、下水汚泥、家庭有機廃棄物、動物廃棄物又は農業廃棄物をベースとする投入材料１１が投入される。生産された原バイオガス１２は脱硫され（６０）、脱硫された原バイオガス１３（ＣＨ_４＋初期のＣＯ_２）は、収着強化型改質（ＳＥＲ）プロセスのために、水蒸気の状態の水１４と共に改質器７０に投入される。実質的に純粋な水素１５ガスが改質器ユニットから流出する。改質器ユニットにおいて、そのうちの一部１５ｂは典型的にはメタン収率を高めるためにダイジェスター５０に戻され、その他の、典型的にはより大部分１５ａは水素精製器１００で精製される。水素精製は、典型的には圧力スイング吸着プロセスとして行うことができる。精製器から出る精製水素１６は、自動車グレードのものである。

脱硫工程６０はそのようなプロセスで一般に使用される工程であり、それ自体進歩的ではないが、実際の化学的目的のためには、めったに又は決して省略されない工程である。

改質器７０における改質及びＣＯ_２捕捉のプロセスは、燃料（ＣＨ_４）、水（水蒸気）、ＣＯ_２（元のバイオガス及び収着強化型改質（ＳＥＲ）プロセスの両方からの）、及びＣＯ_２吸収剤としてのＣａＯの間の反応を含む。このプロセスでは、それ自体は公知の発熱反応でＣａＯがＣａＣＯ_３に変換される。

水素精製ユニット１００からの排出ガス１７は、バイオガスフロー１３の部分フローであってもよい原バイオガス１３ｃと混合され、吸熱プロセスで、ＣａＯ再生器８０中でＣａＣＯ_３をＣａＯに再生するために必要な熱（８５０℃〜９００℃）を生成するために、バーナー９０に投入される。改質器７０で生成され、再生器８０で放出されるＣＯ_２（１００％）フロー２３は、使用又は貯蔵（隔離）することができる。バーナー９０にはまた、酸素含有ガス１８、典型的には空気が投入される。

バーナー９０からの排出ガス中のＣＯ_２は、燃料源が生物起源のものであるため、気候上の影響を及ぼさない。さらに、フロー２３として捕捉されたＣＯ_２フローは、このＣＯ_２フローが保存又は使用される場合には、ＣＯ_２の気候への悪影響は「マイナス」である。

フロー１９は、ＣａＯがＣＯ_２を吸収した結果生じた固体ＣａＣＯ_３の、改質器７０から再生器８０へのフローであり、一方、フロー２０は、ＣａＣＯ_３から再変換された固体ＣａＯの、再生器８０から改質器７０に戻るフローである。このＣａループ化プロセスは、それ自体はよく知られているが、本開示で提示する文脈では知られていない。

次に、図２に注目する。図２の構成要素及びフローの大部分は図１のものと同じであり、同じ番号が付されている。しかしながら、図２による方法は、自動車グレードのバイオガスを製造する付加的な能力を有する。脱硫されたバイオガス１３の第１の部分１３ａは、図１のように改質器７０に投入され、それに応じて処理される。脱硫装置６０からのバイオガス１３ｂの第２の部分は、ＣＯ_２分離ユニット１１０に投入される。ＣＯ_２分離は、通常、水スクラビング、有機溶媒を用いた物理的若しくは化学的吸収、圧力スイング吸着、又は膜を用いた透過によって、系の場所及びサイズに応じて行われる。ＣＯ_２分離ユニット１１０から排出されるバイオメタン２４は天然ガスの質を有するか自動車グレードのものであるということができ、したがってそのような目的のために使用することができる。

ＣＯ_２分離ユニット１１０から放出されたＣＯ_２２５は、適用される手法が経済的に実現可能であれば、貯蔵又は使用されてもよい。しかし、これは通常は当てはまらない。使用される方法にかかわらず、燃料源の生物的起源は、気候的な影響をもたらさないであろう。ＣＯ_２分離ユニット１１０から放出されるＣＯ_２２５の純度は、このユニットの型及び性質に依存する。

次に、図３に注目する。図３の構成要素の大部分は図１のものと同じであり、同じ番号が付されている。しかしながら、図３に係る方法は、前記方法及び装置に固体酸化物形燃料電池（ｓｏｌｉｄ ｏｘｉｄｅ ｆｕｅｌ ｃｅｌｌ；ＳＯＦＣ）が統合されていることにより、電気及び高温の熱を産生するという付加的な能力を有する。したがって、改質器から排出される実質的に純粋な水素は、典型的には、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）に投入されるサブストリーム１５ａ、（図１及び２におけるように）ダイジェスター５０に再循環されるサブストリーム１５ｂ、及び、存在する場合、ヒーター９５のための燃料として使用されるサブストリーム１５ｃ、という３つのサブストリームに分割される。

水素サブストリーム１５ａは、部分的に固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）で電気を産生するために使用され、その他の部分である水素フロー１６’は水素精製器１００’（図１及び図２の水素精製器１００と類似していてもしていなくてもよい）においてさらに性質向上されて自動車グレードの水素２６を得るために固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）から出る。電気は、内部、外部、又はその両方で使用することができる。

固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）の高温排出ガスは再生器８０を加熱するために使用されるが、再生器８０で必要とされる温度は８５０℃〜９００℃であるので、典型的に何らかの補助を必要とする場合がある。この温度は、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）システムでセラミックインターコネクトが使用される場合、いかなる補助もなしに達成され得る。

しかし、実際には、排出ガスの温度（８３０℃、Ｍｅｇｅｌら、２０１３）は、ＣａＣＯ_３がさらなる使用のためにＣａＯに変換される温度を再生器内に効果的に与えるためには低すぎる。したがって、温度上昇セル／加熱装置において排出ガスの温度を上昇させるための専用のシステムが必要であろう。

ヒーター９５を介した固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）１２０と再生器８０との間の熱の統合は図３では閉ヒートループ２１’、２２’によって提供されるが、他の選択肢も可能である。

図３のヒートループ２１’、２２’の熱伝達媒体は、例えば、水素、ＣＯ_２、空気、ヘリウム、水蒸気、各種ガス混合物等の種々のガス；鉱油、炭化水素、各種溶融塩等の流体、であってもよい。固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）システムを出る図３のヒートループの熱は、典型的には約８３０℃である。このヒートループの熱は、ＣＯ_２を放出しながらＣａＣＯ_３がＣａＯに変換される再生器８０における温度再生の要求を満たすために、ヒーター９５において８５０℃以上、より好ましくは９５０℃以上、最も好ましくは１０００℃以上に高められる。ヒーター９５は各種方法で加熱されてもよいが、１つの便利な方法は改質器からの水素１５ｃの部分フローの使用である。９５への燃料の別の選択肢として、原バイオガス１３ｃが挙げられる。ヒーター用の燃料が図１、２又は４による原バイオガス１３ｃの形式を有するか、又は図３による水素１５ｃの形式を有するかにかかわらず、少なくとも部分的には、バーナー９０又はヒーター９５によって送達される熱は、直接又は間接的に、性質向上される脱硫原バイオガスによって提供される。固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）からの排気２７は、９５の加熱プロセスのための酸素を供給する。使用される燃料は生物由来であるため、加熱装置からの排出口２８内のＣＯ_２は気候に影響を与えない。必要であれば、ヒーター９５に追加の空気（図示せず）を供給してもよい。

図４に注目すると、図４の構成要素の大部分は図３と同じである。しかし、図４のプロセスは、図１と図２の違いと同様に、自動車グレードのバイオガスの生産を可能にする付加的な能力を有する。

したがって、図４によれば、脱硫されたバイオガス１３のフローは分岐して、改質器７０に投入される第１のフロー１３ａに入り、他方のフロー１３ｂはＣＯ_２分離ユニット１１０に投入され、自動車グレードのバイオメタン２４及びＣＯ_２２５に分離される。第１のフロー１３ａの処理は図１に関して説明した通りであり、他方のフロー１３ｂは、図２に関して一般的に説明した通りの処理を受ける。

固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）及びそれに含まれるプロセスに関しては、図３と図４の実施形態の間に差異はない。ヒーター９５の使用を含む閉ループ熱交換器２１’、２２’についても同様である。

図２及び図４によるプロセスは脱硫された原バイオガスを第１のフロー１３ａ及び第２のフロー１３ｂに分割することを可能にし、これらの２つの比は５：９５〜１００：０をカバーすることを理解されたい。したがって、自動車グレードのバイオメタンに対する需要が高く、自動車グレードの水素及び電気に対する需要が低ければ、フロー１３ａは、基本的にはダイジェスター内に必要な水素をカバーするだけの量に減少するだろう。一方、自動車グレードのバイオメタンの需要が低ければ、フロー１３ｂは基本的に遮断して、図２の実施形態を図１の実施形態と一時的に同一にすることができ、且つ／又は図４の実施形態を図３の実施形態と一時的に同一にすることができる。

本発明の一般的な概念は、最小限のステップを含む、費用効率が高く、持続可能な方法で、生物的物質から自動車グレードの燃料を製造する方法である。この方法には、フレキシブルな電気量、及びフレキシブルな相互比で自動車グレードのバイオメタン及び自動車グレードの水素を生成することができるという意味で多用途性がある。

≪実施形態≫
本発明の核心部を代表するものではないが、脱硫工程６０は典型的には収着強化型改質工程７０の上流で行われる。

図面に関連して説明したように、脱硫されたバイオガス１３の部分フローは、いくつかの実施形態によれば、ＣＯ_２分離ユニット１１０で処理され、これにより自動車グレードのバイオメタン２４の一の排出フローと、ＣＯ_２を含む一の排出フロー２５とが提供される。

ＣＯ_２分離ユニット１１０は、典型的には水スクラビング、有機溶媒を用いた物理的又は化学的吸収、圧力スイング吸着、並びに膜を用いた透過から選択される分離原理を用いるものである。

少なくともいくつかの実施形態によれば、ＣａＯの再生に必要な熱は、脱硫されたバイオガスの部分フローを含むガスを燃焼させることによって提供される。いくつかの実施形態では、ＣａＯの再生のための熱は、収着強化型改質ステップ７０からの水素１５ａが投入された固体酸化物形燃料電池１２０から部分的に供給されてもよい。収着強化型改質工程７０から排出された水素１５ｃが投入されたヒーター９５によって追加の熱が提供されてもよい。他の実施形態では、原バイオガス、又は水素と原バイオガスの組み合わせが燃料電池１２０に投入されてもよい。

いくつかの実施形態では熱媒体２１’、２２’は少なくとも固体酸化物形燃料電池１２０、ヒーター９５、及び再生器８０の間の閉ループ内を循環する。消化プロセスへの水素の添加は、少なくとも部分的に、改質工程７０からの再循環水素フロー１５ｂとして構成されてもよい。

多くの実施形態において、性質向上される原バイオガスは、下水、汚泥、都市廃棄物、家庭廃棄物、動物廃棄物、及び農業廃棄物のうちの１つ以上から選択される原材料の消化に基づく消化プロセスにおいて生成される。
（付記）
本開示は以下の態様を含む。
＜１＞ 発酵工程（５０）に水素ガスを加えて、生成する原バイオガス（１２）中のメタン：ＣＯ _２ 比を増加させることと、
前記原バイオガスを必要な範囲で脱硫工程に供することと、
を含む、メタン（２４）、水素（１６、２６）、又はこれらの組合せから選択されるエネルギー豊富なガスの生成を伴う、生物的物質の嫌気性発酵によって得られたバイオガスを性質向上する方法であって、
脱硫された前記原バイオガスの少なくとも一部を、事前にＣＯ _２ を分離することなく、前記原バイオガスからのＣＯ _２ 及び改質反応で放出されるＣＯ _２ を捕捉するための吸収剤としてＣａＯを用いて収着強化型改質工程（７０）に供することと、
少なくとも部分的には、性質向上されるバイオガスによって直接又は間接的に提供される熱を使用して、吸熱反応（８０）でＣａＯを再生し、これにより実質的に純粋な水素（１５）及び実質的に純粋なＣＯ _２ （２３）を生産することと、
をさらに含むことを特徴とする、方法。
＜２＞ 前記収着強化型改質工程（７０）の上流で脱硫工程（６０）が行われる、＜１＞に記載の方法。
＜３＞ 脱硫された原バイオガス（１３）の部分フローがＣＯ _２ 分離ユニット（１１０）で処理され、これにより、自動車グレードのバイオメタン（２４）の一の排出フローと、ＣＯ _２ を含む一の排出フロー（２５）と、が提供される、＜１＞又は＜２＞に記載の方法。
＜４＞ 前記ＣＯ _２ 分離ユニット（１１０）が、水スクラビング、有機溶媒を使用する物理的又は化学的吸収、圧力スイング吸着、及び膜を用いた透過から選択される分離原理を用いるものである、＜３＞に記載の方法。
＜５＞ 前記実質的に純粋な水素（Ｈ _２ ）（１５）がさらなる精製工程（１００）に供されて自動車グレードの水素（Ｈ _２ ）（１６）を産生する、＜１＞〜＜４＞のいずれか１項に記載の方法。
＜６＞ ＣａＯを再生するために必要な熱が、脱硫された原バイオガスの部分フロー（１３ｃ）を含むガスを燃焼させることによって提供される、＜１＞〜＜５＞のいずれか１項に記載の方法。
＜７＞ ＣａＯを再生するための熱が、部分的には、収着強化型改質工程（７０）からの水素（１５ａ）が投入された固体酸化物形燃料電池（１２０）；脱硫された原バイオガス（１３ｃ）；又はそれらの組み合わせ、により提供される、＜１＞〜＜５＞のいずれか１項に記載の方法。
＜８＞ 収着強化型改質工程（７０）から排出された水素（１５ｃ）が投入されたヒーター（９５）によってＣａＯを再生するためのさらなる熱が提供される、＜７＞に記載の方法。
＜９＞ 熱媒体（２１’、２２’）が、少なくとも固体酸化物形燃料電池（１２０）、ヒーター（９５）及び再生器（８０）の間の閉ループで循環される、＜７＞又は＜８＞に記載の方法。
＜１０＞ 性質向上される前記原バイオガスが、下水、汚泥、都市廃棄物、家庭廃棄物、動物廃棄物、及び農業廃棄物のうちの１つ以上から選択される原材料の消化に基づく消化プロセス（５０）において生成される、＜１＞〜＜９＞のいずれか１項に記載の方法。
＜１１＞ 前記消化プロセスへの水素の添加が、少なくとも部分的には、前記改質工程（７０）からの再循環水素フロー（１５ｂ）として構成される、＜９＞に記載の方法。
＜１２＞ ダイジェスター（５０）と、脱硫装置（６０）と、改質器ユニット（７０、８０）と、を備える、メタン（２４）、水素（１６）、又はこれらの組み合わせから選択されるエネルギー豊富なガスの生成を伴う生物的物質の嫌気性発酵により得られたバイオガスを性質向上するための装置であって、
前記改質器（７０、８０）は、Ｃａループに基づく収着強化型改質原理に従って改質を行い、炭素捕捉と本質的に統合されている改質、及び引き続く水素精製ユニット（１００、１００’）による水素（１５）精製、を提供するために、前記ダイジェスター（５０）及び前記脱硫装置の下流に配置されることを特徴とする、装置。
＜１３＞ 固体酸化物形燃料電池（１２０）が、前記改質器から排出されたガスの少なくとも一部を受け取るように配置され、前記排出されたガスの少なくとも一部が水素精製ユニット（１００）で精製される、＜１２＞に記載の装置。
＜１４＞ 固体酸化物形燃料電池（１２０）が、前記改質器から排出されたガスの少なくとも一部を受け取るように配置されており、前記改質器から排出されたガスの少なくとも一部は、電気エネルギー及び熱の生成のために固体酸化物形燃料電池に投入される、＜１２＞に記載の装置。
＜１５＞ 脱硫器から排出されたガスの一部がＣＯ _２ 分離ユニットに投入されて、前記ガスのフローが自動車グレードのバイオメタン（２４）と純粋なＣＯ _２ （２５）とに分割される、＜１２＞に記載の装置。

符号リスト
１１ ダイジェスター５０への供給口
１２ ダイジェスター５０からのバイオガス
１３ 改質器７０への脱硫されたバイオガス
１３ａ 改質器７０への脱硫されたバイオガスの部分フロー
１３ｂ ＣＯ_２分離器１１０への脱硫バイオガス
１３ｃ ヒーター９５／バーナー９０への脱硫された原バイオガス
１４ 改質器７０への水
１５ 改質器７０からの実質的に純粋な水素
１５ａ 改質器７０への水素の部分フロー
１５ｂ ダイジェスター５０への水素の再循環部分フロー
１５ｃ ヒーター９５への水素の部分フロー
１６ 水素精製器１００からの自動車グレードの水素
１６’ 固体酸化物形燃料電池１２０からの実質的に純粋な水素
１７ 水素精製器１００からの排出ガス
１８ バーナー９０への空気入口
１９ 改質器７０から再生器８０へのＣａＣＯ_３
２０ 再生器８０から改質器７０へのＣａＯ
２１ バーナー９０から再生器８０への高温ガス
２１’ ヒーター９５から再生器８０への高温ガス
２２ 再生器８０からの排出ガス
２２’ 閉ループ中での再生器から固体酸化物形燃料電池１２０への排出ガス
２３ 再生器８０からのＣＯ_２
２４ ＣＯ_２分離器１１０からの自動車グレードのバイオガス
２５ ＣＯ_２分離器１１０からのＣＯ_２
２６ １００’からの自動車グレードの水素
２７ 固体酸化物形燃料電池１２０からの排気
２８ ヒーター９５からの排気
５０ ダイジェスター
６０ 脱硫器
７０ 改質器
８０ 再生器
９０ バーナー
９５ ヒーター
１００ 水素精製器
１００’ 水素精製器
１１０ ＣＯ_２分離器
１２０ 固体酸化物形燃料電池

Claims (14)

1. ダイジェスター（５０）内での発酵工程に水素ガスを加えて、生成する原バイオガス（１２）中のメタン：ＣＯ_２比を増加させることと、
   前記原バイオガスを脱硫工程に供することと、
   を含む、メタン（２４）、水素（１６、２６）、又はこれらの組合せから選択されるエネルギー豊富なガスの生成を伴う、前記ダイジェスター（５０）内での生物的物質の嫌気性発酵によって得られたバイオガスを性質向上する方法であって、
   前記方法は、
   脱硫された前記原バイオガスの少なくとも一部を、事前にＣＯ_２を分離することなく、前記原バイオガスからのＣＯ_２及び改質反応で放出されるＣＯ_２を捕捉するための吸収剤としてＣａＯを用いて収着強化型改質工程（７０）に供することと、
   少なくとも部分的には、性質向上されるバイオガスによって直接又は間接的に提供される熱を使用して、吸熱反応（８０）でＣａＯを再生し、これにより実質的に純粋な水素（１５）及び実質的に純粋なＣＯ_２（２３）を生産することと、
   をさらに含み、
   ここで、前記ダイジェスター（５０）内での発酵工程に水素ガスを加えることは、少なくとも部分的には、改質器内での前記収着強化型改質工程（７０）からの再循環水素ガスフロー（１５ｂ）として構成されることを特徴とする、方法。
2. 前記収着強化型改質工程（７０）の上流で脱硫工程（６０）が行われる、請求項１に記載の方法。
3. 脱硫された原バイオガス（１３）の部分フローがＣＯ_２分離ユニット（１１０）で処理され、これにより、自動車グレードのバイオメタン（２４）の一の排出フローと、ＣＯ_２を含む一の排出フロー（２５）と、が提供される、請求項１又は請求項２に記載の方法。
4. 前記ＣＯ_２分離ユニット（１１０）が、水スクラビング、有機溶媒を使用する物理的又は化学的吸収、圧力スイング吸着、及び膜を用いた透過から選択される分離原理を用いるものである、請求項３に記載の方法。
5. 前記実質的に純粋な水素（Ｈ_２）（１５）がさらなる精製工程（１００）に供されて自動車グレードの水素（Ｈ_２）（１６）を産生する、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の方法。
6. ＣａＯを再生するために必要な熱が、脱硫された原バイオガスの部分フロー（１３ｃ）を含むガスを燃焼させることによって提供される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
7. ＣａＯを再生するための熱が、部分的には、前記収着強化型改質工程（７０）からの水素（１５ａ）が投入された固体酸化物形燃料電池（１２０）；脱硫された原バイオガス（１３ｃ）；又はそれらの組み合わせ、により提供される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記収着強化型改質工程（７０）から排出された水素（１５ｃ）が投入されたヒーター（９５）によってＣａＯを再生するためのさらなる熱が提供される、請求項７に記載の方法。
9. 熱媒体（２１’、２２’）が、少なくとも固体酸化物形燃料電池（１２０）、ヒーター（９５）及び再生器（８０）の間の閉ループで循環される、請求項７又は８に記載の方法。
10. 性質向上される前記原バイオガスが、下水、汚泥、都市廃棄物、家庭廃棄物、動物廃棄物、及び農業廃棄物のうちの１つ以上から選択される原材料の消化に基づく消化プロセス（５０）において生成される、請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の方法。
11. ダイジェスター（５０）と、脱硫装置（６０）と、改質器ユニット（７０、８０）と、を備える、メタン（２４）、水素（１６）、又はこれらの組み合わせから選択されるエネルギー豊富なガスの生成を伴う生物的物質の嫌気性発酵により得られたバイオガスを性質向上するための装置であって、
    前記改質器ユニット（７０、８０）は、Ｃａループに基づく収着強化型改質原理に従って改質を行い、炭素捕捉と本質的に統合されている水素ガスの生成、及び引き続く水素精製ユニット（１００、１００’）による前記水素ガス（１５）の精製、を提供するために、前記ダイジェスター（５０）及び前記脱硫装置の下流に配置され、
    ここで、前記ダイジェスター（５０）は、少なくとも部分的には、前記改質器ユニット（７０、８０）から生成される再循環水素ガスフロー（１５ｂ）を受け取るように配置されることを特徴とする、装置。
12. 固体酸化物形燃料電池（１２０）が、前記改質器ユニットから排出されたガスの少なくとも一部を受け取るように配置され、前記改質器ユニットから排出されたガスの少なくとも一部が水素精製ユニット（１００）で精製される、請求項１１に記載の装置。
13. 固体酸化物形燃料電池（１２０）が、前記改質器ユニットから排出されたガスの少なくとも一部を受け取るように配置されており、前記改質器ユニットから排出されたガスの少なくとも一部は、電気エネルギー及び熱の生成のために固体酸化物形燃料電池に投入される、請求項１１に記載の装置。
14. 脱硫装置から排出されたガスの一部がＣＯ_２分離ユニットに投入されて、前記ガスのフローが自動車グレードのバイオメタン（２４）と純粋なＣＯ_２（２５）とに分割される、請求項１１に記載の装置。

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