KR20180128060A

KR20180128060A - 메탄 발효 장치

Info

Publication number: KR20180128060A
Application number: KR1020187032435A
Authority: KR
Inventors: 헤즈히 지; 야스히로 이시바시; 다카히로 나카미히; 시게키 카와카미
Original assignee: 프라이스 매너지먼트 오브 재팬 코., 리미티드.
Priority date: 2016-05-24
Filing date: 2017-03-01
Publication date: 2018-11-30
Also published as: TW201741449A; WO2017203781A1; JP2017209614A; CN109071292A

Abstract

메탄 발효 장치(1)는, 건식의 메탄 발효 장치이다. 메탄 발효 탱크(40)는, 3개 이상의 처리 탱크(40A, 40B, 40C)로 분할되어, 최상 탱크에 투입된 처리물이, 더 하단의 처리 탱크에 차례로 이송되는 동안에, 처리물을 발효시켜 메탄가스를 발생시킨다. 메탄 발효 탱크(40)에는, 탱크 내 저면에 있는 처리물을 회수하여, 탱크 내의 처리물에 의해 형성되는 입체의 상측 에지부에 마련된 유출구로부터 탱크 내에 처리물을 불어내는 처리물 순환부(40E)가 마련되어 있다. 이 유출구는, 입체의 중심을 향하고 있다.

Description

메탄 발효 장치

본 발명은, 메탄 발효 장치에 관한 것이다.

종래부터, 유기성 폐기물이 가용화된 처리물에 대해 메탄 발효 처리를 하여, 메탄가스를 발생시키는 메탄 발효 장치가 사용되고 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).

[선행기술문헌]

[특허문헌]

일본국 특허공개공보 2015-21732호 공보

메탄 발효 장치에서는, 메탄 발효 탱크가 1개밖에 없는 경우, 메탄 발효 처리되지 않은 미처리물이 배출되어버릴 우려가 있었다.

또한, 메탄 발효 탱크에 있어서, 메탄가스의 농도를 높이기 위해서는, 처리물을 교반할 필요가 있었다. 하지만, 종래는 교반 막대에 의해 처리물을 교반하는 것이 일반적이다. 따라서, 탱크 내에 교반 막대 등의 설비가 필요하고, 설비의 유지 보수도 필요하다.

본 발명은, 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 미처리물의 배출을 방지하는 한편, 기계적인 교반을 필요로 하지 않고, 메탄가스의 농도를 높일 수 있는 메탄 발효 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제1의 관점에 따른 메탄 발효 장치는,

건식의 메탄 발효 장치이고,

3개 이상의 처리 탱크로 분할되어, 최상 탱크에 투입된 처리물이, 더 하단의 처리 탱크에 차례로 이송되는 동안에, 상기 처리물을 발효시켜 메탄가스를 발생시키는 메탄 발효 탱크를 구비하고,

상기 메탄 발효 탱크는,

탱크 내 저면에 있는 처리물을 회수하여, 탱크 내의 처리물에 의해 형성되는 입체의 상측 에지부에 마련된 제1의 유출구로부터 탱크 내에 처리물을 불어내는 처리물 순환부를 구비하고,

상기 제1의 유출구가, 상기 입체의 중심을 향하고 있다.

이 경우, 상기 메탄 발효 탱크에 있어서,

탱크 내에서 발생한 가스를 회수하여, 탱크 내 저부에 마련된 제2의 유출구로부터 탱크 내에 불어내는 가스 순환부를 구비하는 것으로 해도 좋다.

상기 가스 순환부는,

상기 제2의 유출구를 둘러싸도록 탱크 내 저면에 수직으로 마련되고, 하부 측면 및 상면이 개방된 원통체를 구비하는 것으로 해도 좋다.

상기 제2의 유출구 및 상기 원통체는,

상기 제1의 유출구로부터 유출되는 처리물에 의해 탱크 내에 형성되는 처리물의 흐름에 있어서, 상기 처리물이 체류하는 장소에 배치되어 있는 것으로 해도 좋다.

상기 처리물 순환부는,

상기 메탄 발효 탱크에서 발생한 메탄가스를 사용하여 발전을 하는 가스 엔진의 열을 처리물에 전달하는 열교환기를 구비하는 것으로 해도 좋다.

본 발명의 제2의 관점에 따른 메탄 발효 장치는,

건식의 메탄 발효 장치이고,

상기 메탄 발효 탱크는,

탱크 내에서 발생한 가스를 회수하여, 탱크 내 저부에 마련된 유출구로부터 탱크 내에 불어내는 가스 순환부를 구비한다.

이 경우, 상기 가스 순환부는,

상기 유출구를 둘러싸도록 상기 메탄 발효 탱크 내의 저면에 수직으로 마련되고, 하부 측면 및 상면이 개방된 원통체를 구비하는 것으로 해도 좋다.

본 발명에 의하면, 메탄 발효 탱크가 3단 이상으로 나뉘어 있고, 하단의 처리 탱크에 처리물이 이송되어 가는 동안에, 메탄 발효가 진행되지 않은 미처리물이 남지 않게 되기 때문에, 미처리물의 배출을 방지할 수 있다. 또한, 탱크 내에 있어서 대각선 상에 처리물의 흐름을 만들어 낼 수 있기 때문에, 기계적인 교반을 필요로 하지 않고, 탱크 내의 처리물의 상태를 균일화할 수 있다. 또한, 발생한 메탄가스를 처리물 내로 통과시키는 것에 의해, 처리물에 이산화탄소를 흡수시킬 수 있기 때문에, 메탄가스의 농도를 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 메탄 발효 장치의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 2a는 가스 순환부의 일부의 상면도이다.
도 2b는 가스 순환부의 일부의 측면 단면도이다.
도 3a는 처리물 순환부에 의한 처리물의 순환을 나타내는 측면도이다.
도 3b는 처리물 순환부에 의한 처리물의 순환을 나타내는 상면도이다.
도 4는 가스 순환부가 설치되는 위치의 일례를 나타내는 도면이다.
도 5는 메탄 발효 탱크의 변형예를 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명의 실시예에 대해, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 실시예에서는, Z축을 상하 방향이라 하고, XY면을 수평면이라 한다.

본 실시예에 따른 메탄 발효 장치는, 유기 폐기물을 메탄 발효하는 것에 의해, 메탄가스를 생성하고, 생성된 메탄가스를 바이오매스 에너지로서 이용한다. 여기서, 유기성 폐기물이란, 단백질, 탄수화물, 지방, 셀룰로오스 등의 고분자 유기 화합물 또는 그에 유래하는 화합물로 주로 이루어지는 물질이고, 실질적으로 고체 상태 무기 화합물은 함유하지 않는다. 다만, 간단하게 가용화할 수 있고, 미생물의 증식에 악영향을 끼치지 않는 고체 상태 무기 화합물이면, 다소는 함유되어 있어도 좋다.

상기 유기성 폐기물로서는, 예를 들면 축산 오니, 하수 오니, 음식물 쓰레기 등 음식 찌꺼기 등의 유기성 폐기물을 들 수 있다. 이들은 가용화 처리 전에 고형물 농도를 농축 처리한 원료로서 사용해도 좋다. 또한, 당이나 유기산이나 그들을 혼합한, 메탄 발효 처리에 있어서의 대사 경로의 유기물을 첨가해도 좋다.

도 1에 나타내는 바와 같이 메탄 발효 장치(1)는, 파쇄기(10)와, 혼합 탱크(20)와, 가용화 탱크(30)와, 메탄 발효 탱크(40)와, 냉각탑(50)과, 탈황탑(60)과, 가스 홀더(70)와, 가스 엔진(80)을 구비한다.

파쇄기(10)와 혼합 탱크(20) 사이는, 처리물(원료)을 이송하는 배관(11)으로 접속되고, 배관(11)에는 원료계 펌프(12)가 삽입되어 있다. 혼합 탱크(20)와 가용화 탱크(30) 사이는 처리물(원료)을 이송하는 배관(21)으로 접속되고, 배관(21)에는 전자 3방 밸브(22)가 삽입되어 있다. 또한, 가용화 탱크(30)와 메탄 발효 탱크(40) 사이는 처리물(원료)을 이송하는 배관(31)으로 접속되고, 배관(31)에는 전자 3방 밸브(32)가 삽입되어 있다. 전자 3방 밸브(22)와 전자 3방 밸브(32) 사이는 처리물(원료)을 이송하는 배관(23)으로 접속되고, 배관(23)에는 원료계 펌프(24)가 삽입되어 있다.

유기성 폐기물은, 파쇄기(10)에 투입된 후, 배관(11)→혼합 탱크(20)→배관(21)→가용화 탱크(30)→배관(31)을 지나, 메탄 발효 탱크(40)로 이송되고, 메탄 발효 후, 메탄 발효 탱크(40)로부터 배출된다. 배출된 처리물은, 퇴비로서 이용된다.

메탄 발효 탱크(40)와 냉각탑(50) 사이는, 발생한 메탄가스를 이송하는 배관(51)으로 접속되어 있다. 또한, 냉각탑(50)과 탈황탑(60) 사이는, 메탄가스를 이송하는 배관(52)으로 접속되어 있다. 또한, 탈황탑(60)과 가스 홀더(70) 사이는, 메탄가스를 이송하는 배관(61)으로 접속되어 있다. 가스 홀더(70)와 가스 엔진(80) 사이는, 메탄가스를 이송하는 배관(71)으로 접속되어 있다. 메탄 발효 탱크(40)에서 발생한 메탄가스는, 배관(51), 냉각탑(50), 배관(52), 탈황탑(60), 배관(61), 가스 홀더(70), 배관(71), 가스 엔진(80)의 순으로 이송된다.

파쇄기(10)에는, 외부로부터 유기성 폐기물이 투입된다. 파쇄기(10)는, 투입된 유기성 폐기물을, 적당한 크기로 분쇄한다. 분쇄된 처리물은, 원료계 펌프(12)에 의해, 배관(11)을 통해 혼합 탱크(20)로 이송된다.

혼합 탱크(20)의 내부에는 교반기가 마련되어 있고, 투입된 유기성 폐기물이 교반기로 교반된다. 이에 의해, 혼합 탱크(20)에 수용된 유기성 폐기물은, 혼합되어 균일한 상태가 된다. 또한, 혼합 탱크(20)에는, 자외선 조사부가 장착되어 있다. 자외선 조사부는, 예를 들면, 발광 다이오드(LED)에 의해 자외선을 혼합 탱크(20) 내에 조사한다. 자외선 조사부는, 혼합 탱크(20)에 투입된 처리물에 자외선을 조사하여, 처리물의 살균을 진행한다. 혼합 탱크(20)에서 살균된 유기성 폐기물은, 배관(21)을 통해 가용화 탱크(30)로 이송된다.

가용화 탱크(30)는, 투입된 처리물에 대해 가용화 처리를 한다. 가용화 탱크(30)에서는, 예를 들면, 프로테아제 생성 균 등의 가용화균을 사용한 고온 가용화 처리가 진행된다. 가용화 탱크(30)에는, 배양 탱크(33)가 장착되어 있다. 배양 탱크(33)에서는, 가용화균이 배양되고 있고, 배양 탱크(33)로부터 가용화 탱크(30)에 가용화균이 공급된다. 배양 탱크(33) 및 UV-LED(자외선 조사 장치)(34)는, 급수관(35)에 삽입되어 있다. 급수관(35)으로부터 이송된 물은, UV-LED(34)로 살균된 상태로 배양 탱크(33)에 이송된다. 배양 탱크(33)는, 가용화균을 포함하는 물을, 급수관(35)을 통해 가용화 탱크(30)에 이송한다.

가용화 탱크(30)에는, 처리물을 수용하는 내측 용기(30A)와, 내측 용기(30A)를 둘러싸도록 마련된 외측 용기(30B)가 마련되어 있다. 가용화 처리가 이루어지는 처리물은, 내측 용기(30A) 내에 수용된다. 외측 용기(30B)와 내측 용기(30A) 사이에는, 열매체가 수용되어 있다. 본 실시예에서는, 열매체로서 더운물이 사용된다. 이 열매체에 의해, 가용화 탱크(30)의 탱크 내의 온도는, 고온으로 유지되고 있다.

가용화 탱크(30)의 탱크 내에는, 유기성 폐기물을 교반하기 위한 교반기와 모터가 장착되어 있다. 또한, 가용화 탱크(30)에는, 유기성 폐기물에 공기를 공급하기 위한 공기 삽입구가 마련되어 있고, 공기 삽입구에는, 에어 펌프(36, 37)가 접속되어 있다. 이 에어 펌프(36, 37)에 의해, 공기가 가용화 탱크(30)로 이송된다. 이와 같이 하여, 가용화 탱크(30)에서는, 교반 또는 포기를 하는 것에 의해 고온 호기성하에서 가용화를 촉진시킨다. 고온 호기성이란, 온도를 50℃~100℃로 하여, 바람직하게는 압력을 가하지 않고 표준 상태(공기 분위기)에서 유기성 폐기물을 가용화하는 상태를 의미한다.

가용화 처리란, 고체 상태 또는 수현탁 상태의 통상 고분자 상태의 유기 화합물을, 물에 용해 가능한 저분자 상태까지 분해하는 처리이다. 본 실시예에서는, 프로테아제 생성균을 사용하여 초고온 가용화가 실시된다. 프로테아제 생성균이란, 단백질 분해 효소(프로테아제)를 균체 밖에 생성 분비할 수 있는 균이다.

프로테아제 생성균으로서는, 예를 들면 Bacillus종을 들 수 있고, 특히 Bacillus sp. MU3(미생물특허기탁 센터 제NITE AP-156호)을 들 수 있다. 이 내열성의 프로테아제 생성균은, 80℃에서도 충분히 활동할 수 있는 초고온 호기성을 갖는다. 이 균이 생성하는 효소는, 분자량 약 57,000이고, 우수한 열내성을 나타내고, 넓은 pH 범위에서 높은 단백질 분해능을 갖는다.

초고온이란, 50℃~100℃, 바람직하게는 60℃~90℃, 특히 바람직하게는 70℃~80℃이다. 초고온 가용화는, 수용액 매체 중, 호기성 또는 혐기성 조건하에서, 바람직하게는 호기성 조건하에서, 유기성 폐기물을 유기성 폐기물 농도가 50wt% 이하, 바람직하게는 5~40wt%, 특히 바람직하게는 10~30wt%가 되는 양으로, 프로테아제 생성 균과 접촉시켜 진행된다. 이 실시예에 있어서, 특히 바람직한 조건에서는 유기성 폐기물 농도 10~30wt%까지 원료의 고형물 농도(DS)를 높일 수 있고, 바람직하게는 DS20% 이상이고, pH5~8, 바람직하게는 6부근, 가용화 탱크 분위기는 호기성이 최적 조건이 된다.

프로테아제 생성균에 의해 소화시키기 위한 시간은 12~72시간, 바람직하게는 24~48시간이다. 호기성 또는 혐기성 조건하에서 실시하는 경우, 교반, 포기 조건하에서 실시할 수 있다. 상기 조건하에서 실시하면, 후술하는 바와 같이, 암모니아를 그 자리에서 제거할 수 있게 되고, 원료의 가용화와 암모니아 제거를 동시에 할 수 있어, 메탄 발효를 촉진시킬 수 있다. Bacillus sp. MU3을 프로테아제 생성균으로서 사용하는 경우, 이 균은 호기성 내열성 균이기 때문에, 공기로 포기하면서 교반하에서 가용화할 수 있어, 가용화, 암모니아 제거의 양면에서 최적이다.

이 실시예에 따른 가용화 공정은, 프로테아제 생성균 이외에, 리파아제 생산 균, 글리코시다아제 생성균 및/또는 셀룰라아제 생성 균 등, 각종 분해 효소를 생성하는 균체를 단독 또는 조합하여 첨가할 수 있다. 이들은 생육, 증식 조건이 비슷한 것이라면, 동일한 반응 탱크에서 사용할 수 있지만, 조건이 다른 경우에는 복수의 가용화 탱크(30)를 마련하고, 각 가용화 탱크(30)를 다른 조건에서 사용하면 된다. 이 경우, 리파아제 생성균, 글리코시다아제 생성균 및/또는 셀룰라아제 생성균을 사용하는 가용화 탱크에서 가용화를 진행한 후, 프로테아제 생성균에 의한 고온 가용화 탱크에서 가용화를 진행하는 것이 바람직하다.

가용화 탱크(30)에는 암모니아 흡착 탱크(38)가 접속되어 있다. 암모니아 흡착 탱크(38)는, 가용화 탱크(30)에 있어서의 가용화 처리에서 발생하는 암모니아를 흡착하여 제거하기 위해 마련되어 있다.

가용화 탱크(30)에서 가용화된 처리물은, 배관(31)을 통해, 메탄 발효 탱크(40)에 이송된다. 메탄 발효 탱크(40)는, 수용된 처리물에 대해 메탄 발효 처리를 한다.

메탄 발효 처리는, 통상 혐기성 분위기에서 활동하는 메탄균이 사용되고, 그 소화 작용을 이용하는 것이다. 메탄균의 활성 온도 영역은 0~70℃가 보통이고, 이 이상의 고온 영역에서는 90℃ 정도까지 살아남는 균종도 존재하지만, 대부분 사멸한다. 저온 영역에서는 3℃에서 4℃까지가 한계로 여겨지고 있다. 메탄가스 생성 속도는, 이 활성 온도에 매우 큰 영향을 받는다.

가스 생성 속도는 발효 탱크 온도가 높으면 높을수록 빨리 진행되어 가스 발생량이 증대한다. 실제로 메탄균이 살기 쉬운 것으로 여겨지고 있는 온도 영역은 다음의 3개가 확인되고 있다. (1) 20℃ 이하의 저온 영역, (2) 25~35℃의 중온 영역, (3) 45℃ 이상의 고온 영역이 있다. 본 발명의 메탄 발효 온도에 관해서는 저온, 중온, 고온의 메탄 발효가 모두 적용할 수 있지만, 40℃~70℃에서 고온 메탄 발효를 하는 것이 바람직하고, 50℃~55℃에서 메탄 발효하는 것이 더욱 바람직하다.

고온 가용화된 유기성 폐기물을 메탄 발효 처리하는 경우, 건식(투입 고형물 농도를 10% 이상으로 하는 건식)의 처리 방식을 채용하는 것에 의해 효율적으로 메탄 발효 처리를 할 수 있고, 본 실시예에서도, 건식의 처리 방식을 적용할 수 있다.

본 실시예에서는, 가용화 처리를 고온 호기성 조건하에서 실시하고, 메탄 발효 처리를 혐기성 조건하에서 실시할 수 있기 때문에, 온도에 있어서는 가용화 처리의 높은 온도를 이용하여 메탄 발효의 온도를 높일 수 있고, 또한 균 증식 조건으로서는 가용화 처리(호기성 조건)의 균이 메탄 발효 공정(혐기성 조건)에서 불활성화되기 때문에 메탄 발효를 방해하지 않는 이점이 있다.

본 실시예에서는, 상기 고온 호기성이란 온도를 50~100℃로 하여, 바람직하게는 압력을 가하지 않고 표준 상태(공기 분위기)에서 유기성 폐기물을 가용화하는 상태를 의미한다.

메탄 발효 탱크(40)는, 제1탱크(40A), 제2탱크(40B) 및 제3탱크(40C)로 나뉘어져 있다. 외부로부터 투입된 처리물은, 먼저, 제1탱크(40A)에 투입되고, 거기서 메탄 발효가 진행된다. 이 제1탱크(40A)에서, 95% 정도의 처리물의 메탄 발효가 완료된다. 메탄 발효가 진행되면 진행될수록 처리물의 비중은 가벼워지기 때문에, 위로 가고, 측벽을 넘어서 제2탱크(40B)로 이송된다.

제2탱크(40B)에서도 메탄 발효가 진행되고, 나머지 1.2~2% 정도의 미처리물이 남는 정도로, 즉 메탄 발효가 거의 완료된 상태에서 처리물이 제3탱크(40C)로 이송된다. 제3탱크(40C)에서도 메탄 발효가 진행된다. 메탄 발효가 완료된다. 메탄 발효가 완료된 처리물은, 제3탱크(40C)로부터 외부에 배출된다.

메탄 발효 탱크(40)에는, 메탄 발효에 의해 발생한 가스(메탄가스 및 이산화탄소)를 회수하고, 외부에 취출하여, 내부로 되돌리는 것에 의해, 가스를 순환시키는 가스 순환부(40D)가 마련되어 있다. 가스 순환부(40D)에는, 배관(41)과, 가스를 이송하는 블로워(42)가 마련되어 있다. 블로워(42)에 의해, 메탄 발효 탱크(40) 내에서 발생한 메탄가스는, 배관(41)에 이송되어, 메탄 발효 탱크(40)에 되돌려진다.

도 2a 및 도 2b에 나타내는 바와 같이, 메탄 발효 탱크(40)의 저면에는, 원통체(4)가 수직으로 마련되어 있다. 원통체(4)의 하부 측면에는, 복수의 개구(4A)가 마련되어 있고, 원통체(4)의 상단에는 개구(4B)가 마련되어 있다. 또한, 배관(41)의 선단(41A)은, 원통체(4) 내의 저면 중앙까지 연장되어 있고, 그 선단(41A)의 개구(제1의 유출구)로부터 가스가 배출되도록 되어 있다.

배관(41)의 선단(41A)으로부터 배출된 가스는, 원통체(4) 내를 상승한다. 가스의 상승 흐름에 의해, 원통체(4) 내의 처리물(6)도 상승을 시작한다. 그러만, 개구(4A)에 있어서 원통체(4)의 외부에서 내부로의 처리물(6)의 흐름이 생성되고, 개구(4B)에 있어서 원통체(4)의 내부에서 외부로의 처리물의 흐름이 생긴다. 이에 의해, 메탄 발효 탱크(40)의 내부에서, 처리물의 상하의 순환 흐름이 형성되어, 처리물(6)의 교반이 이루어진다.

한편, 배관(41)의 선단(41A)으로부터 배출하는 가스는, 메탄가스와 이산화탄소의 혼합 가스이다. 이 가스가 처리물(6) 내로 배출되면, 이산화탄소가 처리물(6)에 흡수되기 때문에, 메탄가스의 비율을 향상시킬 수 있다. 메탄가스의 비율이 높아지면, 가스 엔진(80)에 있어서의 발전 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 처리물(6)에 이산화탄소를 공급하는 것에 의해, 암모니아 가스의 발생을 억제할 수 있다. 암모니아 가스는 메탄 발효를 저해하기 때문에, 이산화탄소를 처리물(6)에 공급하는 것에 의해, 메탄 발효를 촉진할 수 있다.

도 1을 다시 참조하여, 메탄 발효 탱크(40)에는, 처리물(6)을 회수하여 내부로 되돌리는 것에 의해, 처리물(6)을 순환시키는 처리물 순환부(40E)가 마련되어 있다. 처리물 순환부(40E)는, 배관(43)과, 원료계 펌프(44)와, 전자 3방 밸브(45, 46)를 구비한다. 원료계 펌프(44)는, 배관(43)에 삽입되어 있다. 원료계 펌프(44)에 의해, 메탄 발효 탱크(40)로부터 배출된 처리물(6)은, 배관(43)을 통해, 메탄 발효 탱크(40)로 되돌려진다. 전자 3방 밸브(45)는, 배관(43)을 분기시킨다. 전자 3방 밸브(46)는, 배관(13)을 통해 파쇄기(10)와 배관(43)을 접속한다. 또한, 배관(43)에는 열교환기(47)가 삽입되어 있다.

도 3a 및 도 3b에 나타내는 바와 같이, 배관(43) 내를 이송된 처리물(6)을 유출하는 유출구(5)(제2의 유출구)는, 메탄 발효 탱크(40)에 있어서의 처리물의 상면이고, 메탄 발효 탱크(40)의 처리물(6)에 의해 형성되는 입체(직방체)의 상측 모서리부에 장착되어 있다. 또한, 유출구(5)는, 처리물(6)에 의해 형성되는 입체(직방체)의 대각선 방향, 즉 입체의 중심점 방향을 향하고 있다.

유출구(5)로부터 처리물(6)이 토출되면, 메탄 발효 탱크(40) 내의 처리물(6)은, 도 3a 및 도 3b에 나타내는 바와 같은 흐름을 형성하고, 이에 의해, 처리물(6) 전체가 교반된다. 가스에 의한 교반은, 상하 방향의 교반이었지만, 처리물(6)의 흐름에 의한 교반은, 횡 방향의 흐름을 포함하고 있다.

처리물(6)은, 전체적으로는 도 3a 및 도 3b의 흐름으로 교반되지만, 탱크 내의 일부에는, 처리물(6)이 체류하는 장소가 출현한다. 거기서, 본 실시예에서는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 처리물(6)이 체류하는 장소에 도 2a 및 도 2b에 나타내는 원통체(4) 등으로 이루어지는 가스를 불어내는 구조를 배치하면, 일부의 처리물(6)의 체류에 의한 처리 편차를 방지할 수 있다.

메탄 발효 탱크(40)에서 생성된 가스는, 냉각탑(50)으로 이송되어 냉각되어, 탈황탑(60)으로 출력된다. 탈황탑(60)은, 입력된 가스에 대해 탈황 처리를 하여, 취출한 메탄가스를, 가스 홀더(70)에 출력한다. 가스 홀더(70)는, 메탄가스를 저류한다. 가스 엔진(80)은, 가스 홀더(70)로부터 이송되는 메탄가스로 가스 터빈을 회전시켜 발전을 한다. 가스 엔진(80)으로 발전된 전력은, 전력선(81)을 통해 큐비클(수전 설비)로 이송된다.

가스 엔진(80)은, 발전에 의해 발열한다. 이 때문에, 가스 엔진(80)과 열교환기(84) 사이에는, 온수를 흘려 보내는 배관(82)과, 냉온수 펌프(83)가 마련되어 있고, 가스 엔진(80)의 열이, 열교환기(84)로 보내지도록 되어 있다. 열교환기(84)는, 투입형 히터(90)와 배관(85)으로 접속되어 있다. 이에 의해, 가스 엔진(80)의 열은, 열교환기(84)을 통해, 투입형 히터(90)에 전달된다.

투입형 히터(90)와, 가용화 탱크(30)와, 열교환기(47)의 사이에는, 열매체의 배관 경로가 구축되어 있다. 투입형 히터(90)에 의해 가열된 열매체는, 가용화 탱크(30)의 탱크 내의 온도를 일정하게 유지하면서, 가용화 탱크(30)로부터 열교환기(47)로 이송되고, 열교환기(47)로부터 투입형 히터(90)로 되돌아간다. 이 열매체의 순환 경로를 열매체 순환부라 한다.

열교환기(47)는, 열매체 순환부에서 순환하는 열매체와, 처리물 순환부(40E)를 순환하는 처리물 사이에서 열교환을 한다. 열교환기(47)에 의해 가열된 처리물(6)은, 메탄 발효 탱크(40)로 되돌아가, 발효 효율이 높은 온도로 더욱 메탄 발효가 진행된다. 이와 같은 열교환기(47)에 의해, 메탄 발효 탱크(40)에서 발효되는 처리물의 온도가, 균일하게 유지되고 있고, 발효균에 의한 메탄 발효 효율이 저하되지 않도록 유지되고 있다.

다음으로, 메탄 발효 장치(1)의 동작에 대해 설명한다.

처리물은, 파쇄기(10)에 의해 분쇄된 후, 혼합 탱크(20)에서 교반·살균되고, 가용화 탱크(30)에서 가용화 처리가 진행된 후, 메탄 발효 탱크(40)에서 메탄 발효가 진행된다. 메탄 발효 탱크(40)는 제1탱크(40A), 제2탱크(40B), 제3탱크(40C)로 나뉘어져 있고, 하단의 처리 탱크로 이송되는 동안에, 미처리의 처리물이 없어져 간다. 메탄 발효 탱크(40) 내에서는, 가스 순환부(40D) 및 처리물 순환부(40E)에 의한 처리물의 교반, 이산화탄소의 흡착이 이루어지고, 메탄 발효가 진행되어, 메탄가스를 발생시킨다. 메탄가스는, 가스 홀더(70)에 축적되어, 가스 엔진(80)에 있어서의 발전에 사용된다.

가스 엔진(80)에서 발생한 열은, 열교환기(84)→투입형 히터(90)를 거쳐 가용화 탱크(30)의 보온에 사용되고, 나아가 열교환기(47)를 통한 처리물(6)의 보온에 사용된다.

메탄 발효 탱크(40)에서 처리가 완료된 처리물은, 메탄 발효 탱크(40)로부터 배출된다. 배출된 처리물은, 퇴비로서 사용할 수 있다. 처리물은, 모두 처리 완료가 되기 때문에, 썩은 냄새가 나지 않게 되어 있다.

이상 상세하게 설명한 바와 같이, 본 실시예에 의하면, 메탄 발효 탱크(40)가 3단 이상으로 나뉘어 있고, 하단의 처리 탱크(40B, 40C)로 처리물이 이송되어 가는 동안에, 메탄 발효가 진행되지 않은 미처리물이 남지 않게 되기 때문에, 미처리물의 배출을 방지할 수 있다. 또한, 메탄 발효 탱크(40) 내에 있어서 대각선 상에 처리물의 흐름을 만들어 낼 수 있기 때문에, 기계적인 교반을 필요하지 않고, 탱크 내의 처리물(6)을 균일화할 수 있다. 또한, 발생한 메탄가스를 처리물(6) 내로 통과시키는 것에 의해, 처리물에 이산화탄소를 흡수시킬 수 있기 때문에, 메탄가스의 농도를 높일 수 있다.

한편, 본 실시예에서는, 메탄 발효 탱크(40)의 처리 탱크를 3단으로 했지만, 4단 이상이어도 좋다.

또한, 본 실시예에서는, 메탄 발효 탱크(40)의 각 처리 탱크(40A, 40B, 40C)를 직방체로 했지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 예를 들면 원통형이어도 좋다. 이 경우에는, 유출구(5)는, 처리물(6)의 중심을 향하도록 하면 된다.

또한, 유출구(5)는, 처리물(6)의 중심을 향하지 않아도 좋다. 처리 탱크의 형상이 원통형인 경우에는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 유출구(5')가, 원통 형태의 메탄 발효 탱크(제1탱크)(40A')의 내측벽의 원주 방향을 향하도록 해도 좋다. 이 경우, 메탄 발효 탱크(제1탱크)(40A')의 저면의 중심에 배관(41)의 선단(41A)의 개구 및 원통체(4)를 배치하면 된다.

본 실시예에서는, 제1탱크(40A)에, 원통체(4)를 설치했지만, 제2탱크(40B), 제3탱크(40C)에 원통체(4)를 설치하도록 해도 좋다.

한편, 도 1에서는, 가스 순환부(40D), 처리물 순환부(40E)는, 제3탱크(40C)로부터 제1탱크(40A)로 가스 또는 처리물을 순환시키도록 도시하고 있지만, 제1탱크(40A), 제2탱크(40B), 제3탱크(40C)에서 각각 가스, 처리물을 순환시키도록 해도 좋다.

본 발명은, 본 발명의 광의의 정신과 범위 내에서, 다양한 실시예 및 변형이 가능하다. 또한, 상술한 실시예는, 본 발명을 설명하기 위한 것이고, 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다. 즉, 본 발명의 범위는, 실시예가 아니고, 특허청구범위에 의해 정해진다. 그리고, 특허청구범위 내 및 그와 동등한 발명의 의의 범위 내에서 실시되는 다양한 변형이, 본 발명의 범위 내로 간주된다.

본 출원은, 2016년 5월 24일에 출원된 일본국 특허출원 2016-103446을 기초로 한다. 본 명세서 중에 일본국 특허출원 2016-103446호의 명세서, 특허청구범위, 도면 전체를 참조로서 원용한다.

[산업상 이용가능성]

본 발명은, 메탄 발효를 하는 메탄 발효 장치에 적용할 수 있다.

1: 메탄 발효 장치
4: 원통체
4A, 4B: 개구
5: 유출구
6: 처리물
10: 파쇄기
11: 배관
12: 원료계 펌프
13: 배관
20: 혼합 탱크
21: 배관
22: 전자 3방 밸브
23: 배관
24: 원료계 펌프
30: 가용화 탱크
30A: 내측 용기
30B: 외측 용기
31: 배관
32: 전자 3방 밸브
33: 배양 탱크
34: UV-LED(자외선 조사 장치)
35: 급수관
36, 37: 에어 펌프
38: 암모니아 흡착 탱크
40: 메탄 발효 탱크
40A: 제1탱크
40B: 제2탱크
40C: 제3탱크
40D: 가스 순환부
40E: 처리물 순환부
41: 배관
41A: 선단
42: 블로워
43: 배관
44: 원료계 펌프
45, 46: 전자 3방 밸브
47: 열교환기
50: 냉각탑
51, 52: 배관
60: 탈황탑
61: 배관
70: 가스 홀더
71: 배관
80: 가스 엔진
81: 전력선
82: 배관
83: 냉온수 펌프
84: 열교환기
85: 배관
90: 투입형 히터
91, 92, 93: 배관
94: 냉온수 펌프

Claims

건식의 메탄 발효 장치이고,
3개 이상의 처리 탱크로 분할되어, 최상 탱크에 투입된 처리물이, 더 하단의 처리 탱크에 차례로 이송되는 동안에, 상기 처리물을 발효시켜 메탄가스를 발생시키는 메탄 발효 탱크를 구비하고,
상기 메탄 발효 탱크는,
탱크 내 저면에 있는 처리물을 회수하여, 탱크 내의 처리물에 의해 형성되는 입체의 상측 에지부에 마련된 제1의 유출구로부터 탱크 내에 처리물을 불어내는 처리물 순환부를 구비하고,
상기 제1의 유출구가, 상기 입체의 중심을 향하고 있는 메탄 발효 장치.
제1항에 있어서,
상기 메탄 발효 탱크는,
탱크 내에서 발생한 가스를 회수하여, 탱크 내 저부에 마련된 제2의 유출구로부터 탱크 내에 불어내는 가스 순환부를 구비하는 메탄 발효 장치.
제2항에 있어서,
상기 가스 순환부는,
상기 제2의 유출구를 둘러싸도록 탱크 내 저면에 수직으로 마련되고, 하부 측면 및 상면이 개방된 원통체를 구비하는 메탄 발효 장치.
제3항에 있어서,
상기 제2의 유출구 및 상기 원통체는,
상기 제1의 유출구로부터 유출되는 처리물에 의해 탱크 내에 형성되는 처리물의 흐름에 있어서, 상기 처리물이 체류하는 장소에 배치되어 있는 메탄 발효 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 처리물 순환부는,
상기 메탄 발효 탱크에서 발생한 메탄가스를 사용하여 발전을 하는 가스 엔진의 열을 처리물에 전달하는 열교환기를 구비하는 메탄 발효 장치.
건식의 메탄 발효 장치이고,
3개 이상의 처리 탱크로 분할되어, 최상 탱크에 투입된 처리물이, 더 하단의 처리 탱크에 차례로 이송되는 동안에, 상기 처리물을 발효시켜 메탄가스를 발생시키는 메탄 발효 탱크를 구비하고,
상기 메탄 발효 탱크는,
탱크 내에서 발생한 가스를 회수하여, 탱크 내 저부에 마련된 유출구로부터 탱크 내에 불어내는 가스 순환부를 구비하는 메탄 발효 장치.
제6항에 있어서,
상기 가스 순환부는,
상기 유출구를 둘러싸도록 상기 메탄 발효 탱크 내의 저면에 수직으로 마련되고, 하부 측면 및 상면이 개방된 원통체를 구비하는 메탄 발효 장치.