JPH07169495A - 廃棄物発酵ガス利用化学発電システム - Google Patents

廃棄物発酵ガス利用化学発電システム

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JPH07169495A
JPH07169495A JP5313918A JP31391893A JPH07169495A JP H07169495 A JPH07169495 A JP H07169495A JP 5313918 A JP5313918 A JP 5313918A JP 31391893 A JP31391893 A JP 31391893A JP H07169495 A JPH07169495 A JP H07169495A
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JP
Japan
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gas
fermentation gas
waste
fermentation
methane gas
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JP5313918A
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English (en)
Inventor
Mamoru Nishijima
衛 西島
Kazuo Shibazaki
和夫 柴崎
Hidenori Ibe
英紀 伊部
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

(57)【要約】 【目的】 環境汚染の原因となる窒素酸化物と硫黄酸化
物の生成を低いレベルに抑え、環境汚染等の問題を伴わ
ずに、廃棄物発酵ガスを有効利用できる化学発電システ
ムを提供する。 【構成】 廃棄物を加温して発酵ガスを発生させる廃棄
物発酵ガス発生槽1から得られたメタンガスを含む発酵
ガスから、硫化水素の除去とメタンガスのを濃縮を行
い、この濃縮されたメタンガスを燃料として発電を行う
化学発電装置5とを備え、この化学発電装置5は、メタ
ンガスを水素に改質する改質器5Aと、改質器5Aから
の水素とブロワ5Bからの空気を原料として発電する燃
料電池本体5Cと、この燃料電池本体5Cで発生した直
流電流を交流電流に変換するインバータ変換装置5Dと
を具備する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、廃棄物から発酵により
発生するメタンガスを有効利用して発電を行う発電シス
テムに関する。
【0002】
【従来の技術】図4に、廃棄物から発生する発酵ガスを
利用して発電を行う従来の発電システムを示す。廃棄物
発酵ガス発生槽11で発生した発酵ガスは、発酵ガス貯
留槽12に貯留され、この貯留槽12から取り出した発
酵ガスを燃焼させた燃焼ガスでガスタービン13を回
し、このガスタービン13に直結された発電機14から
電力を得ていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】図4に示した従来の発
電システムにおいて、発酵ガスを燃焼させる際に、通
常、200ppm程度の窒素酸化物と、15ppm程度
の硫黄酸化物が発生し、これが大気環境を汚染する原因
となっている。
【0004】またガスタービン発電機からは95dB以
上の騒音と、大きい振動とが発生し、このため騒音環境
基準を達成するためには、非常に大がかりな騒音対策が
必要であり、また、防振対策の為に建屋構造が複雑にな
るという欠点があった。
【0005】本発明は、環境汚染の原因となる窒素酸化
物と硫黄酸化物の生成を低いレベルに抑え、環境汚染等
の問題を伴わずに、廃棄物発酵ガスを有効利用できる化
学発電システムを提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、廃棄物
を加温して発酵ガスを発生させる廃棄物発酵ガス発生槽
と、この廃棄物発酵ガス発生槽で発生した発酵ガスを一
時貯留する発酵ガス貯留槽と、前記発酵ガスに含まれる
硫化水素を除去する脱硫装置と、前記発酵ガスに含まれ
るメタンガスを濃縮するメタンガス濃縮装置と、このメ
タンガス濃縮装置で濃縮されたメタンガスを燃料として
発電を行う化学発電装置とを備え、前記化学発電装置
は、前記メタンガス濃縮装置で濃縮されたメタンガスを
水素に改質する改質器と、空気を供給するブロワと、前
記改質器からの水素と前記ブロワからの空気を原料とし
て発電する燃料電池本体とを具備することを特徴とする
廃棄物発酵ガス利用化学発電システムが提供される。
【0007】すなわち本発明では、廃棄物発酵ガスは、
燃焼エネルギーとして利用するのではなく、発酵により
発生したメタンガスをまず水素ガスに変換し、この水素
ガスと空気とを利用して燃料電池による発電を行う。
【0008】したがって、従来の発電システムにおいて
メタンガスの燃焼により発生していた窒素酸化物および
硫黄酸化物をきわめて低いレベルに抑えることが可能と
なり、環境問題を伴わずに廃棄物を有効利用することが
できる。また脱硫装置とメタンガス濃縮装置との間に、
脱硫装置のバックアップと、硫化水素以外の有害物質の
除去の目的で、活性炭吸着槽を設けることができる。
【0009】
【作用】家庭の生ゴミ、下水処理場の汚泥などを嫌気性
微生物と混合して加温すると、メタンガスを主成分とす
る発酵ガスが発生する。本発明の化学発電システムにお
いて、廃棄物発酵ガス発生槽では、内部の廃棄物を加温
することにより、メタンガスを主成分とする発酵ガスが
発生させる。この発酵ガスは、その発生量と成分比を平
滑にするために発酵ガス貯留槽に一時的に貯留される。
【0010】貯留された発酵ガスの成分の主なものは、
メタンガス、炭酸ガス、硫化水素などで、このうち硫化
水素と炭酸ガスは、装置各部に腐食等の悪影響を及ぼす
おそれがあるので、適当な除去装置を使用して除去する
ことが望ましい。このうち硫化水素は、黄土触媒などを
充填した脱硫装置で除去することができる。また黄土触
媒の機能低下時のバックアップとして活性炭吸着塔を設
けておけば、硫化水素以外の有毒ガスの除去が同時に行
われる。
【0011】一方、炭酸ガスは、メタン濃縮装置におい
て除去される。メタン濃縮装置は、ゼオライト系の吸着
剤を充填した複数の吸着塔を備え、この吸着塔で交互に
吸着、脱離を行うプレッシャースイング方式(PSA方
式)で炭酸ガスを除去することにより、相対的にメタン
の濃縮が行われる。このプレッシャースイング方式で
は、第1の吸着塔内で炭酸ガスが吸着剤に吸着され、出
口から高濃度のメタンガスが取り出される。炭酸ガスを
吸着することにより吸着能力が低下すると、吸着操作は
他の吸着塔に切り替えられ、その間に吸着塔の内部を減
圧することにより炭酸ガスを脱着する再生操作が行われ
る。
【0012】ここで濃縮されたメタンガスは、つぎの改
質器に送られ、メタンガスを水素と炭酸ガスに分解す
る。ここで得られた水素ガスは、燃料として燃料電池本
体に送られる。
【0013】また燃料電池における発電に必要な酸素と
しては、ブロワーにより供給される空気中の酸素が使用
される。水素ガスおよび空気は、燃料電池本体の水素極
と酸素極にそれぞれ供給され、この間に電位を生じて発
電が行われる。
【0014】燃料電池本体で発生する電流は直流である
ため、インバータで交流に変換された後、電力として外
部に出力される。また燃料電池本体での発電の際に発生
した熱を取り除くために、冷却水を循環させる熱交換器
を設けることが好ましく、この熱交換器で燃料電池本体
から取り出された熱は、前述の廃棄物発酵ガス発生槽を
加温するための熱源として利用することができる。
【0015】
【実施例】本発明の一実施例による化学発電システムに
ついて図面を参照して説明する。図1に示す本発明の化
学発電システムは、廃棄物を加温して発酵ガスを発生さ
せるための発酵ガス発生槽1と、発生した発酵ガスを一
時的に貯留するために必要に応じて設けられる発酵ガス
貯留槽2と、発酵ガス中に含まれる硫化水素を除去する
脱硫装置3と、この脱硫装置3を通過した発酵ガス中の
メタンガスを濃縮するメタンガス濃縮装置4とを備え、
メタンガス濃縮装置4を出たガスが、つぎの化学発電装
置5に供給されるようになっている。
【0016】この化学発電装置5は、メタンガスを水素
に改質する改質器5A、ブロワ5B、燃料電池本体5C
およびインバータ装置5Dとを備えている。つぎに作用
について説明する。
【0017】発酵ガス発生槽1には、家庭の生ゴミ、下
水処理場の汚泥などの廃棄物が収容され、この廃棄物は
適当な温度、たとえば30〜40℃に加温される。この
加温により廃棄物の発酵が起こり、メタンガスを主成分
とする発酵ガスが発生する。この発酵ガスは、好ましく
はその発生量と成分比を平滑にするために発酵ガス貯留
槽2に一時的に貯留される。貯留された発酵ガスの主な
成分は、メタンガス、炭酸ガス、硫化水素などであり、
硫化水素は、黄土触媒などを充填した吸着塔からなる脱
硫装置3で除去される。
【0018】また炭酸ガスの除去は、脱硫の後、ゼオラ
イト系の吸着剤を充填した複数の吸着塔により吸着と離
脱を繰り返す、例えば、プレッシャースイング(PS
A)方式のメタンガス濃縮装置4を用いて行い、これに
よりメタンガスの濃縮が行われる。このメタンガス濃縮
装置4では、メタンガスの濃度が90〜95%まで濃縮
され、この濃縮メタンガスが化学発電装置5の改質器5
Aに供給される。
【0019】改質器5Aでは、熱によりメタンガスが水
素に改質され、得られた水素ガスが燃料として燃料電池
本体5Cに供給される。一方、燃料電池本体5Cには、
ブロワ5Bにより空気が供給され、この空気中の酸素
と、改質器5Aからの水素との化学反応により、水素極
と酸素極との間に電位を生じて発電が行われる。この発
電で得られる電流は直流であるので、インバータ装置5
Dで交流に変換され、電力として外部に出力される。
【0020】図2は、本発明の第2の実施例による化学
発電システムを示している。この例において、図1に示
したものと同一もしくは同等の部分は同じ参照符号で示
し、その説明を省略する。
【0021】図2に示した実施例において、脱硫装置3
とメタンガス濃縮装置4との間には、脱硫装置3のバッ
クアップと、硫化水素以外の有害物質の除去の目的で、
活性炭吸着槽3Aが設けられている。この活性炭吸着槽
3Aは、黄土触媒の性能劣化のような、脱硫装置3の機
能低下が生じた場合にも、有害な硫化水素が後段の装置
に流れるのを防止するとともに、脱硫装置3が正常に機
能している場合でも、この脱硫装置3を出たガス中に含
有されている他の有害成分、たとえば炭酸ガスの除去を
行うことが可能となり、化学発電装置5に対する安全性
を確保することができる。
【0022】さらに図3は、本発明のさらに他の実施例
による化学発電システムを示している。この例では、化
学発電装置5は、燃料電池本体5Cを冷却するための熱
媒体から熱を回収するための熱交換器5Eと、発酵ガス
発生槽1を加温するためのジャケット1Aと、熱交換器
5Eとジャケット1Aとの間で熱媒体の循環を行うため
の循環系路6とが設けられている。
【0023】このような構成によれば、燃料電池本体5
で発生した熱を、熱交換器5Eで回収して、この熱を発
酵ガス発生槽1の最適温度である30〜40℃に加温す
るのに利用し、同時に発酵ガス発生槽1で冷却された熱
媒体を燃料電池本体5の冷却のために利用することが可
能である。したがって熱の有効利用が達成され、廃棄物
発酵ガス利用化学発電システム全体としてのエネルギー
効率を高めることができる。
【0024】
【発明の効果】以上に説明したように本発明によれば、
従来の廃棄物発酵ガス利用化学発電システムと比較し
て、窒素酸化物、硫黄酸化物等の有害ガスの発生をきわ
めて低いレベルに抑えることが可能であり、環境汚染を
生じることがない。また騒音や振動も格段に低く、大が
かりな騒音、振動対策が不要となり、またシステムの長
寿命化も達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例による廃棄物発酵ガス利
用化学発電システムの構成を示す系統図である。
【図2】本発明の第2の実施例による化学発電システム
の構成を示す系統図である。
【図3】本発明の第3の実施例による化学発電システム
の構成を示す系統図である。
【図4】従来の廃棄物発酵ガス利用発電システムの構成
を示す系統図である。
【符号の説明】
1………発酵ガス発生槽 1A………ジャケット 2………発酵ガス貯留槽 3………脱硫装置 4………メタンガス濃縮装置 5………化学発電装置 5A………改質器 5B………ブロワ 5C………燃料電池本体 5D………インバータ装置 5E………熱交換器 6………循環系路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C10K 1/00 7106−4H

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 廃棄物を加温して発酵ガスを発生させる
    廃棄物発酵ガス発生槽と、この廃棄物発酵ガス発生槽で
    発生した発酵ガスを一時貯留する発酵ガス貯留槽と、前
    記発酵ガスに含まれる硫化水素を除去する脱硫装置と、
    前記発酵ガスに含まれるメタンガスの純度を向上させる
    メタンガス濃縮装置と、このメタンガス濃縮装置で濃縮
    されたメタンガスを燃料として発電を行う化学発電装置
    とを備え、前記化学発電装置は、前記メタンガス濃縮装
    置で濃縮されたメタンガスを水素に改質する改質器と、
    空気を供給するブロワと、前記改質器からの水素と前記
    ブロワからの空気を燃料として発電する燃料電池本体と
    を具備することを特徴とする廃棄物発酵ガス利用化学発
    電システム。
  2. 【請求項2】 前記脱硫装置とメタンガス濃縮装置との
    間に、活性炭吸着槽が設けられている請求項1に記載の
    廃棄物発酵ガス利用化学発電システム。
JP5313918A 1993-12-15 1993-12-15 廃棄物発酵ガス利用化学発電システム Pending JPH07169495A (ja)

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