(57)【要約】【課題】生成したバイオガスをＣＨ4発酵槽を加温するための熱源に使用することなく、効率的に使用できるガス製造装置を提供する。【解決手段】ガス製造装置は、バイオマスをＣＨ4発酵して、ＣＨ4を含有するバイオガスを生成して回収するガス製造装置であって、前記バイオマスをＣＨ4発酵させてバイオガスを生成するＣＨ4発酵部と、前記ＣＨ4発酵部で生成された前記バイオガスを精製する精製部と、ガス導入口及びガス排出部を備え、前記ガス導入口から導入される、前記バイオガスと、前記精製部で前記バイオガスの精製時に排出される精製排ガスとの少なくても一方を燃焼し、燃焼排ガスを前記ガス排出部から排出する燃焼部と、前記ＣＨ4発酵部の加温に用いる熱媒体を前記燃焼排ガスと熱交換して吸熱させる熱媒体用熱交換部と、前記熱媒体用熱交換部の熱媒体排出口と前記ＣＨ4発酵部の前記熱媒体の供給口とを連結する熱媒体供給管と、を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオマスをＣＨ4発酵して、ＣＨ4を含有するバイオガスを生成して回収するガス製造装置であって、
前記バイオマスをＣＨ4発酵させてバイオガスを生成するＣＨ4発酵部と、
前記ＣＨ4発酵部で生成された前記バイオガスを精製する精製部と、
ガス導入口及びガス排出部を備え、前記ガス導入口から導入される、前記バイオガスと、前記精製部で前記バイオガスの精製時に排出される精製排ガスとの少なくても一方を燃焼し、燃焼排ガスを前記ガス排出部から排出する燃焼部と、
前記ＣＨ4発酵部の加温に用いる熱媒体を前記燃焼排ガスと熱交換して吸熱させる熱媒体用熱交換部と、
前記熱媒体用熱交換部の熱媒体排出口と前記ＣＨ4発酵部の前記熱媒体の供給口とを連結する熱媒体供給管と、
を含むガス製造装置。
【請求項２】
前記精製部が前記バイオガスを貯留するガス貯留部を有する場合に、
前記ガス貯留部の余剰ガス排出口と前記燃焼部の前記ガス導入口とを連結する余剰ガス供給管をさらに有する請求項１に記載のガス製造装置。
【請求項３】
前記精製部から排出される前記精製排ガスを前記燃焼排ガスと熱交換して加熱する予熱用熱交換部と、
前記精製部の精製排ガス排出口と前記予熱用熱交換部のガス供給口とを連結する精製排ガス供給管と、
前記予熱用熱交換部のガス排出口と前記燃焼部の前記ガス導入口とを連結する予熱ガス供給管と、
をさらに含み、
前記熱媒体用熱交換部には、前記燃焼部から排出された前記燃焼排ガス又は前記熱媒体用熱交換部を通過した燃焼排ガスが供給される請求項１又は２に記載のガス製造装置。
【請求項４】
前記予熱用熱交換部は、前記燃焼部の前記ガス排出部に設けられる請求項１〜３の何れか一項に記載のガス製造装置。
【請求項５】
前記燃焼部、前記熱媒体用熱交換部及び前記予熱用熱交換部が一体化されている請求項３又は４に記載のガス製造装置。
【請求項６】
前記精製排ガスは、熱量が所定量以下の低熱量ガスである請求項１〜５の何れか一項に記載のガス製造装置。
【請求項７】
前記精製排ガスのＣＨ4濃度は、１０％以下である請求項６に記載のガス製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生ごみ等のバイオマスをメタン（ＣＨ4）発酵することで生成されるバイオガスは、リサイクル可能なエネルギー資源として注目されており、発電設備、天然ガス自動車燃料、又は都市ガス燃料等の様々な用途に利用されている。バイオガスは、ＣＨ4と二酸化炭素（ＣＯ2）を主成分として含んでいる。バイオガスを発電設備等に有効利用するため、ガス精製設備等でバイオガス中のＣＯ2や不純物等の成分を分離して、バイオガス中のＣＨ4を高濃度（例えば、９７％以上）に濃縮している。
【０００３】
バイオマスからバイオガスを生成する設備として、例えば、ＣＨ4発酵槽と、ガスホルダを備えたＣＨ4発酵設備が提案されている（例えば、特許文献１参照）。ＣＨ4発酵設備では、ＣＨ4発酵槽で生成されたバイオガスを、バイオガス発電機、バイオガスボイラ、又は余剰ガス燃焼装置等で使用している。バイオガスボイラでは、バイオガスを用いて水を加温又は加熱して温水や蒸気を生成している。余剰ガス燃焼装置では、点検時等にバイオガスをバイオガス発電機等に供給できない場合等にバイオガスを燃焼して処理している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−２２３９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＣＨ4発酵槽は、バイオマスを発酵するため、例えば３０〜５５℃に加温する必要がある。従来のＣＨ4発酵設備では、バイオガスボイラで生成した温水や蒸気をＣＨ4発酵槽を加温するために使用している。ＣＨ4発酵槽を加温するための熱媒体を得るために、ＣＨ4発酵槽で生成されたバイオガスをバイオガスボイラ等に使用すると、バイオガス発電機等に使用できるバイオガスが減ってしまうため、ＣＨ4発酵槽で生成されたバイオガスを発電や燃料等に有効に利用できなくなる。
【０００６】
本発明の一態様は、生成したバイオガスをＣＨ4発酵槽を加温するための熱源に使用することなく、効率良く回収できるガス製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様に係るガス製造装置は、バイオマスをＣＨ4発酵して、ＣＨ4を含有するバイオガスを生成して回収するガス製造装置であって、前記バイオマスをＣＨ4発酵させてバイオガスを生成するＣＨ4発酵部と、前記ＣＨ4発酵部で生成された前記バイオガスを精製する精製部と、ガス導入口及びガス排出部を備え、前記ガス導入口から導入される、前記バイオガスと、前記精製部で前記バイオガスの精製時に排出される精製排ガスとの少なくても一方を燃焼し、燃焼排ガスを前記ガス排出部から排出する燃焼部と、前記ＣＨ4発酵部の加温に用いる熱媒体を前記燃焼排ガスと熱交換して吸熱させる熱媒体用熱交換部と、前記熱媒体用熱交換部の熱媒体排出口と前記ＣＨ4発酵部の前記熱媒体の供給口とを連結する熱媒体供給管と、を含む。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一態様に係るガス製造装置は、生成したバイオガスをＣＨ4発酵槽を加温するための熱源に使用することなく、効率良く回収できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】一実施形態によるガス製造装置の構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて、詳細に説明する。
【００１１】
＜ガス製造装置＞
図１は、一実施形態によるガス製造装置の構成を示す説明図である。図１に示すように、一実施形態によるガス製造装置１０は、前処理部２０、メタン（ＣＨ4）発酵部であるＣＨ4発酵槽３０、精製部４０、燃焼部である燃焼塔５０、予熱用熱交換部である予熱用熱交換器６０、熱媒体用熱交換部である熱媒体用熱交換器７０、熱媒体供給ラインＬ１０、オフガス供給ラインＬ２０、予熱ガス供給ラインＬ３０及び余剰ガス供給ラインＬ４０を有する。
【００１２】
ガス製造装置１０は、バイオマスを原料としてＣＨ4を含むバイオガスを生成して、ＣＨ4を高濃度に濃縮したバイオガスを精製ガスＧ１として回収すると共に、オフガス（精製排ガス）Ｇ２を排出している。
【００１３】
本実施形態において、バイオマスとは、生物由来の有機性資源をいう。バイオマスとしては、例えば、有機性廃棄物、資源作物又はその廃棄物が挙げられる。有機性廃棄物としては、例えば、生ごみ、糞尿、汚泥、食品加工残渣、畜産廃棄物、農作物残渣又は食品工業、製紙工業若しくは畜産業等における有機性廃水等が挙げられる。汚泥としては、例えば、下水処理汚泥、し尿処理汚泥、浄化槽汚泥、食品工場等から発生する工場排水の処理汚泥等を挙げることができる。資源作物としては、例えば、とうもろこし、さとうきび又はこれらの処理工程で発生する廃棄物等が挙げられる。なお、前処理部２０に搬送されるバイオマスは、プラスチックやガラス等の発酵に寄与しない異物が含まれている場合、これらの異物は除去しておくことが好ましい。
【００１４】
バイオガスとは、バイオマスの発酵（嫌気性発酵）により発生するガスをいう。バイオガスは、約５５〜６５％のＣＨ4と約４５〜３５％のＣＯ2を主成分として含み、硫化水素、シロキサン類、アンモニア又はメチルメルカプタン等の微量の不純物成分を含んでいてもよい。
【００１５】
オフガスＧ２は、バイオガス中のＣＨ4と二酸化炭素（ＣＯ2）とを分離して高濃度のＣＨ4を含有する精製ガスＧ１を生成する際に排出されるＣＯ2リッチガスである。オフガスは、ＣＨ4及びＣＯ2を含有しており、本実施形態では、オフガスは、熱量が所定量以下の低熱量ガスである。熱量が所定量以下とは、熱量が約３．６ＭＪ／ｍ3以下であることをいう。低熱量ガスがオフガスであるとき、約３．６ＭＪ／ｍ3をオフガスのＣＨ4濃度に換算すると、ＣＨ4濃度は約１０％となる。本実施形態において、オフガスのＣＨ4濃度は約３〜１０％であり、ＣＯ2濃度は約９０〜９７％である。このオフガスのガス組成は、その元となるバイオガスのガス組成やガス精製設備におけるバイオガスの精製能力等によって変化する。
【００１６】
次に、ガス製造装置１０を構成する、前処理部２０、ＣＨ4発酵槽３０、精製部４０、燃焼塔５０、予熱用熱交換器６０、熱媒体用熱交換器７０、熱媒体供給ラインＬ１０、オフガス供給ラインＬ２０、予熱ガス供給ラインＬ３０及び余剰ガス供給ラインＬ４０について説明する。
【００１７】
（前処理部）
前処理部２０は、外部から搬送されたバイオマスを濃縮して、バイオマスの濃縮物（バイオマス濃縮物）を生成する。前処理部２０は、バイオマスに凝集剤を添加してバイオマスの凝集物を調整できる。そして、前処理部２０は、調整されたバイオマスの凝集物をバイオマス濃縮物と分離液とに固液分離することで、バイオマス濃縮物が生成される。
【００１８】
凝集剤は、バイオマスを凝集するために通常用いられる凝集剤を用いることができる。凝集剤としては、例えば、無機系凝集剤及び高分子凝集剤等が挙げられる。これは、一種単独で用いてもよいし、二種以上併用してもよい。無機系凝集剤としては、ポリ硫酸第二鉄又はＰＡＣ、硫酸バンド等が挙げられる。高分子凝集剤としては、カチオン系、アニオン系、両性系等が挙げられ、具体的には、アミジン系凝集剤、アクリルアミド系凝集剤、アクリル酸系凝集剤等を用いることができる。
【００１９】
（ＣＨ4発酵槽）
ＣＨ4発酵槽３０は、前処理部２０で生成したバイオマス濃縮物を嫌気性微生物によってＣＨ4発酵（嫌気性処理）を行う。バイオマス濃縮物中の有機酸等の有機物質が嫌気性微生物によって分解されることで、ＣＨ4及びＣＯ2が生成される。これにより、ＣＨ4発酵槽３０には、ＣＨ4及びＣＯ2を含むバイオガスが生成される。
【００２０】
ＣＨ4発酵槽３０内は、ＣＨ4発酵槽３０内の温度を外気よりも高い温度に調整し、ＨＲＴ（水理学的滞留時間：Hydraulic retention time）を１２〜２０日として、バイオマス濃縮物をＣＨ4発酵させることが好ましい。外気よりも高い温度は、嫌気性微生物の生息に適した温度であり、３０〜５５℃に調整される。例えば、中温発酵では約３０〜３７℃の範囲に調整され、高温発酵では約５０〜５５℃の範囲に調整されることが好ましい。また、ＣＨ4発酵は、一般に、ｐＨ５〜１０、好ましくは７〜９で行われる。そのため、必要に応じて、ＣＨ4発酵槽３０内にｐＨ調整剤を添加して、ＣＨ4発酵槽３０内のバイオマス濃縮物のｐＨを調整してもよい。
【００２１】
ＣＨ4発酵槽３０は、高温の水（温水）Ｗ２が通る熱媒体供給ラインＬ１０に連結された熱媒体の供給口(熱媒体供給口)３０１を有している。熱媒体供給口３０１から槽内にＣＨ4発酵槽３０を加温するために必要な温水Ｗ２が供給される。
【００２２】
ＣＨ4発酵槽３０は、槽内に、熱媒体供給口３０１から供給された温水Ｗ２を溜める不図示の貯湯タンクを有している。貯湯タンクに温水Ｗ２を溜めることで、ＣＨ4発酵槽３０は、槽内を嫌気性微生物の生息に適した温度に調整できる。ＣＨ4発酵槽３０内の温度は、ＣＨ4発酵槽３０に供給される温水Ｗ２の流量や温度を制御することで調整できる。温水Ｗ２の流量は、例えば、熱媒体である水Ｗ１が通る水供給管である水供給ラインＬ１に供給される水Ｗ１の流量を制御することで調整できる。温水Ｗ２の温度は、熱媒体供給ラインＬ１０に不図示の水供給ラインを設けて、熱媒体供給ラインＬ１０に水を供給し、ＣＨ4発酵槽３０に供給される温水Ｗ２に水を混合することで調整できる。
【００２３】
ＣＨ4発酵槽３０及び貯湯タンクには、内部の温度を測定する温度計等が取り付けられている。貯湯タンク内の温水Ｗ２の供給量又は排出量は、ＣＨ4発酵槽３０内の温度又は貯湯タンク内の温水Ｗ２の温度に応じて適宜調整するのが好ましい。
【００２４】
（精製部）
精製部４０は、ＣＨ4発酵槽３０で生成されたバイオガスを精製する。精製部４０は、脱硫装置４１と、ガスホルダ４２と、バイオガス精製部４３とを有する。
【００２５】
脱硫装置４１は、ＣＨ4発酵槽３０で発生したバイオガス中の硫化水素等の硫黄分を除去する。脱硫装置４１では、バイオガス中の硫黄分を除去する方法であれば用いることができる。バイオガス中の硫黄分を除去する方法としては、例えば、酸化鉄等の脱硫剤を用いた乾式脱硫、又は微生物の作用により硫化水素を酸化する生物脱硫等が用いられる。
【００２６】
ガスホルダ４２は、ＣＨ4発酵槽３０で発生したバイオガスを貯留するためのガスタンクである。ガスホルダ４２には、内部の気圧を測定する圧力計や、内部のバイオガスの容量を検出する容量レベル計等が取り付けられている。
【００２７】
ガスホルダ４２は、ガスホルダ４２内に貯留されている余分なバイオガスを、必要に応じて、余剰ガスＧ３として排出するための余剰ガス排出口４２１を有している。
【００２８】
バイオガス精製部４３は、ＣＨ4発酵槽３０で発生したバイオガス中のＣＨ4とＣＯ2とを分離して、バイオガス中のＣＨ4濃度を高濃度（例えば、９７％以上）に濃縮する。これにより、バイオガス精製部４３では、バイオガスが、高濃度のＣＨ4を含む精製ガスＧ１として回収される。また、バイオガス精製部４３では、低濃度のＣＨ4を含むバイオガスがオフガスＧ２として発生する。
【００２９】
バイオガス精製部４３は、オフガスＧ２を排出するオフガス排出口（精製排ガス排出口）４３１を有する。オフガスＧ２は、オフガス排出口４３１から排出される。
【００３０】
精製ガスＧ１は、バイオガス利用設備８０に供給される。バイオガス利用設備８０としては、例えば、バイオガスである精製ガスＧ１をエネルギー源として発電を行うバイオガス発電機又は精製ガスＧ１を燃焼させるバイオガスボイラ等が挙げられる。
【００３１】
（燃焼塔）
燃焼塔５０は、ガスホルダ４２から排出されるバイオガスである余剰ガスＧ３又はバイオガス精製部４３から排出されるオフガスＧ２を燃焼して、燃焼排ガスＨＧとして排出する。本実施形態では、オフガスＧ２を燃焼塔５０で燃焼する場合、あらかじめ空気（燃焼用空気）をオフガスＧ２に混合した予混合気Ｇ２１を加熱した、加熱された予混合気Ｇ２２が供給される。オフガスＧ２と空気とは、オフガスＧ２中のＣＨ4と空気との空気比（ＣＨ4が完全燃焼する時に必要な理論空気量に対する実空気量の比）が所定の値（例えば、約１．０５）となるように混合される。
【００３２】
燃焼塔５０は、燃焼塔５０内にバーナ５１を有する。バーナ５１は、オフガスＧ２を燃焼して火炎を形成する燃焼バーナであれば用いることができる。バーナ５１としては、表面燃焼バーナ（メタルニットバーナ）や旋回流バーナ等を用いることができる。バーナ５１は、ステンレス等の耐熱性金属を用いて構成することができる。なお、バーナ５１は、有線の通信回線又は無線通信回線を介してインターネット等のネットワークに接続される不図示の制御装置により制御可能に構成されている。
【００３３】
燃焼塔５０は、予熱ガス供給ラインＬ３０及び余剰ガス供給ラインＬ４０と連結されたガス導入口５２を有する。余剰ガスＧ３又は加熱された予混合気Ｇ２２がガス導入口５２より燃焼塔５０内に供給される。
【００３４】
燃焼塔５０は、円筒状等に形成された筒状体である。燃焼塔５０の内部には、燃焼空間である燃焼室が形成されている。燃焼室において、燃焼室内に流入する余剰ガスＧ３又は加熱された予混合気Ｇ２２が加熱される。余剰ガスＧ３又は加熱された予混合気Ｇ２２に含まれるオフガスＧ２が燃焼することで、燃焼排ガスＨＧが生成される。
【００３５】
燃焼塔５０は、燃焼排ガスＨＧを排出するガス排出部５３を有する。燃焼排ガスＨＧは、ガス排出部５３に設けられているガス排出口５３１から排出される。なお、図１では、ガス排出口５３１は一つであるが、ガス排出口５３１の数や大きさ等は、適宜設計可能である。
【００３６】
燃焼塔５０は、例えば、鉄、Ｎｉ−Ｆｅ系合金、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ系合金、Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ系合金、ステンレス等の耐熱性金属やキャスタブル等で形成することができる。Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ系合金としては、例えば、インコネル等を用いることができる。Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ系合金として、例えば、コバール等を用いることができる。ステンレスとしては、例えば、ＳＵＳ３０４等を用いることができる。
【００３７】
（予熱用熱交換器）
予熱用熱交換器６０は、燃焼塔５０のガス排出部５３に設けられている。予熱用熱交換器６０は、ガス排出口５３１に対応する位置にガス流入口を有し、燃焼塔５０で生じた燃焼排ガスＨＧが流入可能に形成されている。
【００３８】
また、予熱用熱交換器６０は、バイオガス精製部４３から排出されるオフガスＧ２と空気を混合した予混合気Ｇ２１が通るオフガス供給ラインＬ２０に連結されたガス供給口６０１を有する。燃焼塔５０において発生する燃焼排ガスＨＧは高温である。そのため、予熱用熱交換器６０は、予混合気Ｇ２１を燃焼塔５０から排出される燃焼排ガスＨＧと熱交換して加熱することで、予混合気Ｇ２１は燃焼排ガスＨＧから吸熱し、加熱された予混合気Ｇ２２にできる。
【００３９】
また、予熱用熱交換器６０は、加熱された予混合気Ｇ２２を排出する予熱ガス供給ラインＬ３０に連結されたガス排出口６０２を有する。予熱用熱交換器６０は、ガス排出口６０２から加熱された予混合気Ｇ２２を予熱ガス供給ラインＬ３０に排出する。
【００４０】
予熱用熱交換器６０は、予混合気Ｇ２１と熱交換された燃焼排ガスＨＧを排出するガス排出口を有する。予熱用熱交換器６０は、燃焼排ガスＨＧを予熱用熱交換器６０のガス排出口から排出する。
【００４１】
予熱用熱交換器６０は、溶接、ねじ止め、焼きばめ又はロウ材等の高温での耐熱性を有する接合材を用いた接着等により、燃焼塔５０に固定されている。予熱用熱交換器６０は、溶接、ねじ止め、焼きばめ又は接着等を用いて燃焼塔５０に固定することにより、燃焼塔５０と一体化させている。
【００４２】
（熱媒体用熱交換器）
熱媒体用熱交換器７０は、予熱用熱交換器６０のガス排出部６１に設けられている。熱媒体用熱交換器７０は、予熱用熱交換器６０のガス排出口に対応する位置にガス流入口を有し、予熱用熱交換器６０から排出される燃焼排ガスＨＧが流入可能に形成されている。また、熱媒体用熱交換器７０は、熱媒体用熱交換器７０内に流入した燃焼排ガスＨＧを排出するガス排出口を有する。
【００４３】
熱媒体用熱交換器７０は、熱媒体である水Ｗ１が通る水供給管である水供給ラインＬ１に連結された熱媒体流入口７０１を有する。予熱用熱交換器６０を通過した燃焼排ガスＨＧの温度は、予熱用熱交換器６０において予混合気Ｇ２１と熱交換して低下しているが、水Ｗ１よりも高温である。熱媒体用熱交換器７０は、水Ｗ１を予熱用熱交換器６０を通過した燃焼排ガスＨＧと熱交換することで、水Ｗ１は燃焼排ガスＨＧから吸熱し、温水Ｗ２になる。
【００４４】
熱媒体用熱交換器７０は、温水Ｗ２を排出する熱媒体供給ラインＬ１０に連結された熱媒体排出口７０２を有する。熱媒体用熱交換器７０は、温水Ｗ２を熱媒体排出口７０２から熱媒体供給ラインＬ１０に排出する。
【００４５】
熱媒体用熱交換器７０は、溶接、ねじ止め、焼きばめ又はロウ材等の高温での耐熱性を有する接合材を用いた接着等により、予熱用熱交換器６０に固定されている。熱媒体用熱交換器７０は、溶接、ねじ止め、焼きばめ又は接着等を用いて予熱用熱交換器６０に固定することにより、予熱用熱交換器６０と一体化させている。
【００４６】
（熱媒体供給ライン）
熱媒体供給ラインＬ１０は、熱媒体用熱交換器７０から排出された温水Ｗ２をＣＨ4発酵槽３０に供給する管であり、ＣＨ4発酵槽３０の熱媒体供給口３０１と熱媒体用熱交換器７０の熱媒体排出口７０２とを連結している。
【００４７】
（オフガス供給ライン）
オフガス供給ラインＬ２０は、バイオガス精製部４３から排出されたオフガスＧ２を熱媒体用熱交換器７０に供給する管であり、バイオガス精製部４３のオフガス排出口４３１と予熱用熱交換器６０のガス供給口６０１とを連結している。
【００４８】
オフガス供給ラインＬ２０には、オフガス供給ラインＬ２０に空気を供給する空気供給部９０が設けられている。空気供給部９０よりオフガス供給ラインＬ２０内を流れるオフガスＧ２に空気が混合される。本実施形態では、オフガス供給ラインＬ２０は、オフガスＧ２に空気を混合した予混合気Ｇ２１を予熱用熱交換器６０に供給する。
【００４９】
（予熱ガス供給ライン）
予熱ガス供給ラインＬ３０は、熱媒体用熱交換器７０で加熱された予混合気Ｇ２２を燃焼塔５０のガス導入口５２に供給する管であり、予熱用熱交換器６０のガス排出口６０２と燃焼塔５０のガス導入口５２を連結している。
【００５０】
（余剰ガス供給ライン）
余剰ガス供給ラインＬ４０は、ガスホルダ４２内に貯留されている余分なバイオガスを、必要に応じて、余剰ガスＧ３として、燃焼塔５０に供給する管であり、ガスホルダ４２の余剰ガス排出口４２１と燃焼塔５０のガス導入口５２とを連結している。
【００５１】
次に、ガス製造装置１０の動作を説明する。
【００５２】
外部に貯留されているバイオマスは、前処理部２０に供給されて、前処理部２０においてバイオマスに凝集剤を添加してバイオマスの凝集物が調整される。前処理部２０では、調整されたバイオマスの凝集物を固液分離して、バイオマス濃縮物と分離液とに分離する。
【００５３】
バイオマス濃縮物は、前処理部２０からＣＨ4発酵槽３０に供給される。バイオマス濃縮物をＣＨ4発酵槽３０内で撹拌しながら所定温度でＣＨ4発酵することで、ＣＨ4発酵槽３０内にはＣＨ4及びＣＯ2が発生する。これにより、ＣＨ4及びＣＯ2を含むバイオガスが生成される。
【００５４】
生成されたバイオガスは、脱硫装置４１に送られ、バイオガス中の硫黄分を分解して除去した後、ガスホルダ４２に送られ、ガスホルダ４２内に貯留される。ガスホルダ４２内に貯留されたバイオガスは、必要に応じて、バイオガス精製部４３に送られる。
【００５５】
バイオガス精製部４３に送られたバイオガスは、バイオガス精製部４３でバイオガス中のＣＨ4が高濃度（例えば、９７％以上）に濃縮される。これにより、バイオガス精製部４３で、バイオガスは、高濃度のＣＨ4を含む精製ガスＧ１として回収されている。バイオガス精製部４３で生成された精製ガスＧ１は、バイオガス利用設備８０に送られ、使用される。
【００５６】
また、バイオガス精製部４３に生じた、低濃度のＣＨ4を含むバイオガスは、オフガスＧ２として、バイオガス精製部４３のオフガス排出口４３１からオフガス供給ラインＬ２０に排出される。オフガスＧ２は、オフガス供給ラインＬ２０の途中で、空気供給部９０から空気が混合され、予混合気Ｇ２１となる。このとき、予混合気Ｇ２１中のオフガスＧ２と空気とは、オフガスＧ２中のＣＨ4と空気との空気比が所定の値（例えば、約１．０５）となるように混合される。その後、予混合気Ｇ２１は予熱用熱交換器６０のガス供給口６０１から予熱用熱交換器６０内に送られる。
【００５７】
予熱用熱交換器６０において、予混合気Ｇ２１は、予熱用熱交換器６０内を通過しながら、燃焼塔５０から排出された燃焼排ガスＨＧと熱交換して加熱される。燃焼塔５０において発生する燃焼排ガスＨＧは、予混合気Ｇ２１よりも高温であるため、予熱用熱交換器６０において、予混合気Ｇ２１は燃焼排ガスＨＧと熱交換すると、予混合気Ｇ２１は燃焼排ガスＨＧから吸熱し、加熱（予熱）される。これにより、予混合気Ｇ２１の温度は、所定の温度（例えば、４００℃）以上に昇温できる。
【００５８】
その後、予熱用熱交換器６０で、燃焼排ガスＨＧにより加熱された予混合気Ｇ２１は、加熱された予混合気Ｇ２２として、予熱用熱交換器６０のガス排出口６０２から予熱ガス供給ラインＬ３０に排出される。そして、加熱された予混合気Ｇ２２は、予熱ガス供給ラインＬ３０を通って、燃焼塔５０のガス導入口５２から燃焼塔５０内に送られる。
【００５９】
燃焼塔５０内に送られた加熱された予混合気Ｇ２２は、燃焼塔５０内でバーナ５１から発生した炎によって加熱されることにより、加熱された予混合気Ｇ２２が燃焼する。
【００６０】
加熱された予混合気Ｇ２２が燃焼するとは、加熱された予混合気Ｇ２２中のオフガスＧ２の燃焼を意味し、具体的には、オフガスＧ２に含まれるＣＨ4が燃焼することである。オフガスＧ２はＣＨ4及びＣＯ2を含むため、オフガスＧ２がバーナ５１から発生させた炎によってＣＨ4の発火点（例えば、５３７℃）以上に加熱されることで、オフガスＧ２に含まれるＣＨ4が燃焼する。
【００６１】
ＣＨ4が完全燃焼する場合には、下記式（１）の通り、ＣＨ4は、加熱された予混合気Ｇ２２中の酸素と反応（酸化）して、ＣＯ２と水とに分離される。ＣＨ4が不完全燃焼の場合には、下記式（２）の通り、ＣＨ4は酸化して、ＣＯと水とに分離される。
ＣＨ4＋２Ｏ2  →  ＣＯ2＋２Ｈ2Ｏ  ・・・（１）
２ＣＨ4＋３Ｏ2  →  ２ＣＯ＋４Ｈ2Ｏ  ・・・（２）
【００６２】
バーナ５１から発生させる炎の大きさは、加熱された予混合気Ｇ２２の供給量、加熱された予混合気Ｇ２２中のオフガスと空気との空気比又は加熱された予混合気Ｇ２２の温度等を調整することにより調整できる。バーナ５１から発生させた炎の大きさを調整して、加熱された予混合気Ｇ２２を適切な温度に加熱することで、加熱された予混合気Ｇ２２を適切に燃焼できる。
【００６３】
燃焼塔５０内で、加熱された予混合気Ｇ２２が燃焼することにより、加熱された予混合気Ｇ２２は、燃焼排ガスＨＧとなる。
【００６４】
燃焼塔５０内に発生した燃焼排ガスＨＧは、燃焼塔５０のガス排出口５３１と予熱用熱交換器６０のガス流入口を通って、予熱用熱交換器６０内に送られる。燃焼排ガスＨＧは予混合気Ｇ２１よりも高温である。そのため、予熱用熱交換器６０において、燃焼排ガスＨＧは、上述の通り、予混合気Ｇ２１と熱交換して予混合気Ｇ２１を加熱した後、予熱用熱交換器６０のガス排出口及び熱媒体用熱交換器７０のガス流入口を通って熱媒体用熱交換器７０内に送られる。このとき、燃焼排ガスＨＧは、燃焼塔５０と予熱用熱交換器６０との移動距離が短いため、燃焼排ガスＨＧが保有する熱は、放熱することなく予熱用熱交換器６０に伝えられる。
【００６５】
熱媒体用熱交換器７０内に送られた燃焼排ガスＨＧは、熱媒体用熱交換器７０で、水Ｗ１と熱交換し、水Ｗ１に吸熱させる。予熱用熱交換器６０を通過した燃焼排ガスＨＧの温度は、予熱用熱交換器６０において予混合気Ｇ２１と熱交換することで低下しているが、水Ｗ１よりも高温である。そのため、熱媒体用熱交換器７０は、水Ｗ１を熱媒体用熱交換器７０内に送られた燃焼排ガスＨＧと熱交換することで、水Ｗ１は燃焼排ガスＨＧから吸熱して加温し、温水Ｗ２になる。
【００６６】
熱媒体用熱交換器７０内で得られた温水Ｗ２は、熱媒体排出口７０２から熱媒体供給ラインＬ１０に排出される。温水Ｗ２は、熱媒体供給ラインＬ１０を通って、ＣＨ4発酵槽３０の熱媒体供給口３０１からＣＨ4発酵槽３０内の不図示の貯湯タンクに送られる。貯湯タンクに温水Ｗ２が溜められることで、ＣＨ4発酵槽３０内の温度は、嫌気性微生物の生息に適した温度に加温される。ＣＨ4発酵槽３０内の温度は、ＣＨ4発酵槽３０に供給される温水Ｗ２の流量又は温水Ｗ２の温度等を制御することで、ＣＨ4発酵槽３０内の温度を３０〜５５℃の範囲で調整できる。
【００６７】
一方、熱媒体用熱交換器７０において、燃焼排ガスＨＧは、水Ｗ１と熱交換した後、熱媒体用熱交換器７０のガス排出口から排出され、燃焼排ガスＨＧが通る管であるガス排出ラインＬ５０を通って、大気中に放出される。
【００６８】
また、ガスホルダ４２に貯留されているバイオガスが余剰となった場合には、バイオガスは、余剰ガスＧ３として、ガスホルダ４２の余剰ガス排出口４２１から余剰ガス供給ラインＬ４０に排出される。余剰ガスＧ３は、余剰ガス供給ラインＬ４０を通って、燃焼塔５０のガス導入口５２から燃焼塔５０内に送られる。燃焼塔５０内に送られた余剰ガスＧ３は、上述の加熱された予混合気Ｇ２２と同様に、燃焼塔５０内で加熱されることで燃焼し、燃焼排ガスＨＧとなる。そして、燃焼排ガスＨＧは、上述の通り、予熱用熱交換器６０及び熱媒体用熱交換器７０を通って、大気中に放出される。
【００６９】
以上のように構成された、ガス製造装置１０は、熱媒体用熱交換器７０と、熱媒体供給ラインＬ１０とを有する。ガス製造装置１０では、熱媒体用熱交換器７０において水Ｗ１を燃焼排ガスＨＧで加温して生じた温水Ｗ２を熱媒体供給ラインＬ１０を通してＣＨ4発酵槽３０に供給している。燃焼排ガスＨＧは、バイオガス精製部４３から排出されるオフガスが燃焼して生じたガスであり、バイオガス利用設備８０で使用されるガスでない。また、燃焼排ガスＨＧは、ＣＨ4発酵槽３０を加温するために必要な熱量を温水Ｗ２に与えることができる。そのため、ガス製造装置１０は、バイオガス利用設備８０に使用される精製ガスＧ１を用いることなく、ＣＨ4発酵槽３０を加温できる。よって、ガス製造装置１０は、バイオガスをＣＨ4発酵槽３０の加温用の熱媒体を得るためにバイオガスボイラ等に使用することがないため、バイオガス利用設備８０への精製ガスＧ１の供給量を増大させることができる。
【００７０】
よって、ガス製造装置１０は、商品価値が高い精製ガスＧ１をＣＨ4発酵槽３０を加温するための熱源に使用することなく、効率良く回収でき、バイオガス利用設備８０に供給できる精製ガスＧ１の供給量を増大できる。したがって、ガス製造装置１０によれば、精製ガスＧ１の精製効率を向上させることができる。
【００７１】
ガス製造装置１０は、従来のガス製造設備に備えられているバイオガスボイラを備える必要がない。従来のガス製造設備では、ＣＨ4発酵槽に供給される水を加温するために、バイオガスボイラの廃熱が使用されている。また、バイオガスボイラを設置するためのスペースが必要である。本実施形態によれば、ガス製造装置１０は、熱媒体用熱交換器７０で得られる温水Ｗ２を熱媒体供給ラインＬ１０を介してＣＨ4発酵槽３０に供給している。そのため、ガス製造装置１０は、バイオガスボイラ等の設備を設けることなくＣＨ4発酵槽３０の加温用に使用される温水Ｗ２を得ることができるため、バイオガスボイラ等の設置スペースが不要となる。よって、ガス製造装置１０は、装置の小型化を図ることができる。
【００７２】
ガス製造装置１０は、余剰ガス供給ラインＬ４０を有しているので、従来のガス製造設備に備えられていた余剰ガス燃焼装置を備える必要がない。従来のガス製造設備では、点検時や異常時等にバイオガスをバイオガス利用設備８０に供給できない場合やバイオガス利用設備８０でのバイオガス使用量が少ない場合等に、余剰ガス燃焼装置でバイオガスを燃焼して、バイオガスの大気中への放散を抑えていた。しかし、余剰ガス燃焼装置は、異常時等でしか使用されないため、稼働率が低い。また、余剰ガス燃焼装置の設置スペースが必要である。本実施形態によれば、ガス製造装置１０は、ガスホルダ４２内の余剰なバイオガスは余剰ガス供給ラインＬ４０を通して燃焼塔５０で燃焼させることができる。そのため、ガス製造装置１０は、点検時や異常時等でも、余剰ガス燃焼装置等の設備を設けなくても、バイオガスを燃焼して処理できる。よって、ガス製造装置１０は、余剰ガス燃焼装置等の設置スペースが不要となるため、装置の小型化をより図れる。
【００７３】
ガス製造装置１０は、予熱用熱交換器６０を燃焼塔５０のガス排出部５３に設け、予熱用熱交換器６０で加熱された予混合気Ｇ２２を予熱ガス供給ラインＬ３０を通して燃焼塔５０に供給している。そのため、燃焼塔５０で発生した燃焼排ガスＨＧの熱が予熱用熱交換器６０で予混合気Ｇ２１と熱交換する前に放出されるのを軽減できる。よって、予熱用熱交換器６０で予混合気Ｇ２１を燃焼排ガスＨＧと熱交換して加熱する際、燃焼排ガスＨＧの熱を予混合気Ｇ２１の加熱に有効に利用することができる。これにより、燃焼塔５０で加熱された予混合気Ｇ２２を燃焼させる前に、予熱用熱交換器６０で予混合気Ｇ２１を予め所定の温度（例えば、４００℃）以上に加熱できるので、燃焼塔５０において加熱された予混合気Ｇ２２は燃焼させやすくなる。そのため、燃焼塔５０において、加熱された予混合気Ｇ２２に含まれるオフガスを安定して燃焼させることができる。
【００７４】
一般に、オフガスに含まれるＣＨ4等の炭化水素系燃料は、アンモニア等の難燃性燃料に比べて燃焼速度が速く、安定して燃焼させ易い。ガス製造設備においてより高濃度のＣＨ4を含む精製ガスが得られるようになることで、オフガスのＣＨ4濃度はさらに低くなる。そして、オフガス中のＣＨ4濃度が低濃度（例えば、１０％以下）になると、オフガスの熱量は低くなり、オフガスの燃焼速度は難燃性燃料の燃焼速度よりも遅くなる。その結果、オフガスは、安定して燃焼させ難くなる傾向にある。また、オフガス中のＣＨ4濃度が低い場合には、バイオガスや都市ガス等を補助燃料として混合して処理する必要がある。この場合、バイオガスを補助燃料として利用することで、有効利用できるバイオガス量が低減したり、都市ガスの使用量が増大してしまう。
【００７５】
本実施形態では、ガス製造装置１０は、燃焼塔５０で加熱された予混合気Ｇ２２を燃焼させる前に、予混合気Ｇ２１を予め所定の温度（例えば、４００℃）以上に加熱できるため、燃焼塔５０において加熱された予混合気Ｇ２２中のＣＨ4を安定して燃焼できる。よって、ガス製造装置１０は、オフガスＧ２がＣＨ4濃度が例えば１０％以下の低熱量ガスでも、加熱された予混合気Ｇ２２を安定して燃焼させることができる。
【００７６】
また、ＣＨ4は、ＣＯ2の２５倍の温暖化係数を有するため、ＣＨ4の大気放散は、ＣＯ2の大気放散よりも温室効果を高めることになり、地球温暖化を助長する。ガス製造装置１０は、オフガスＧ２中のＣＨ4が燃焼して除去されることで、地球温暖化への影響を軽減できる。
【００７７】
ガス製造装置１０は、燃焼塔５０のガス排出部５３に予熱用熱交換器６０を固定して、燃焼塔５０と予熱用熱交換器６０とを一体化している。そして、ガス製造装置１０は、予熱用熱交換器６０のガス排出部６１に熱媒体用熱交換器７０を固定して、予熱用熱交換器６０と熱媒体用熱交換器７０とを一体化している。これにより、燃焼排ガスＨＧの保有する熱が予混合気Ｇ２１及び水Ｗ１と熱交換する前に放熱されるのを軽減できるため、予熱用熱交換器６０でより効率良く予混合気Ｇ２１を加熱できると共に、熱媒体用熱交換器７０でより効率良く水Ｗ１を加温できる。
【００７８】
（変形例）
ガス製造装置１０の変形例について説明する。
【００７９】
本実施形態では、オフガスＧ２のＣＨ4濃度等によっては予熱用熱交換器６０は必ずしも設けなくてもよい。
【００８０】
本実施形態では、熱媒体用熱交換器７０は、燃焼塔５０と予熱用熱交換器６０との間に設けられてもよい。
【００８１】
本実施形態では、予熱用熱交換器６０は燃焼塔５０のガス排出部５３に設け、燃焼塔５０と予熱用熱交換器６０とを一体化させているが、燃焼排ガスＨＧが通過可能な配管を介してそれぞれ連結し、別体で構成してもよい。
【００８２】
本実施形態では、熱媒体用熱交換器７０は予熱用熱交換器６０のガス排出部６１に設け、予熱用熱交換器６０と熱媒体用熱交換器７０とを一体化させているが、燃焼排ガスＨＧが通過可能な配管を介してそれぞれ連結し、別体で構成してもよい。
【００８３】
本実施形態では、用いるバイオマスの種類等によっては前処理部２０は必ずしも設けなくてもよい。
【００８４】
以上の通り、実施形態を説明したが、上記実施形態は、例として提示したものであり、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上記実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の組み合わせ、省略、置き換え、変更等を行うことが可能である。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００８５】
１０  ガス製造装置
２０  前処理部
３０  ＣＨ4発酵槽（ＣＨ4発酵部）
３０１  熱媒体供給口
４０  精製部
４１  脱硫装置
４２  ガスホルダ（ガス貯留部）
４３  バイオガス精製部
５０  燃焼塔（燃焼部）
６０  予熱用熱交換器（予熱用熱交換部）
７０  熱媒体用熱交換器（熱媒体用熱交換部）
Ｌ１  水供給ライン
Ｌ１０  熱媒体供給ライン
Ｌ２０  オフガス供給ライン（精製排ガス供給ライン）
Ｌ３０  予熱ガス供給ライン
Ｌ４０  余剰ガス供給ライン
Ｇ１  精製ガス
Ｇ２  オフガス（精製排ガス）
Ｇ２１  予混合気
Ｇ２２  加熱された予混合気
Ｇ３  余剰ガス
ＨＧ  燃焼排ガス
【図１】
2020006305.tif 000003