(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオガス発酵槽（２）の起動時のメタンスラックを削減する方法であって、
ａ）新しく充填されたバイオガス発酵槽（２）で発生したバイオガスをガス処理加工装置（２０）に供給する工程と、
ｂ）ガス処理加工装置（２０）において該バイオガス中の非メタン成分を一部分離することにより該バイオガス中のメタン含有量を増加させる工程と、
ｃ）処理されたバイオガス中のメタン濃度を計測する工程と、
ｄ）計測されるメタン濃度があらかじめ定められた制限値（ＣＭｏ）より低い場合には処理されたバイオガスを該バイオガス発酵槽（２）に再循環する工程と、を備える方法。
【請求項２】
工程ｃ）で計測されるメタン濃度があらかじめ定められた制限値（ＣＭｏ）に達している場合にはバイオガス処理加工装置（２０）からのバイオガスがバイオガス利用装置（１８）に供給されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
工程ｃ）で計測されるメタン濃度についてのあらかじめ定められた制限値（ＣＭｏ）が１５％〜５０％の範囲にあることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
複数のバイオガス発酵槽（２−ｉ）が並行運転されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の方法を実施するためのバイオガスシステムであって、
バイオガス排出経路（８）とガス導入経路（１６）とを備え、バッチ運転によりバイオガス発生のために乾式発酵の原理に沿って運転される少なくとも一つの発酵槽（２）と、
入り口側で該バイオガス発酵槽（２）のバイオガス排出経路（８）に接続され、バイオガス排出経路を有するガス処理加工装置（２０）と、
バルブ機構（１３）を介して前記ガス処理加工装置（２０）のバイオガス排出経路に接続可能であり、前記バイオガス発酵槽（２）のガス導入経路（１６）に接続されるガス回収ライン（１４）と、
前記ガス処理加工装置（２０）のバイオガス排出経路におけるメタン濃度を検出するため、および該ガス処理加工装置（２０）のバイオガス排出経路におけるメタン濃度があらかじめ定めた制限値（ＣＭｏ）よりも低い限り、該ガス回収ライン（１４）を該ガス処理加工装置（２０）のバイオガス排出経路に接続するための計測・制御装置（２２）と、を備えることを特徴とするバイオガスシステム。
【請求項６】
バイオガス発酵槽の起動時のメタンスラックを削減する方法であって、
ａ）新しいバイオマスを充填されたバイオガス発酵槽（２）を閉める工程と、
ｂ）該バイオガス発酵槽（２）中の二酸化炭素濃度があらかじめ定められた上限値（ＣＫＤｏ）に達するまで、閉じた該バイオガス発酵槽（２）を二酸化炭素を含んだ排ガスでパージする工程と、
ｃ）一旦、二酸化炭素濃度の上限値（ＣＫＤｏ）を超えると、該バイオガス発酵槽（２）への排ガスの供給を停止し、該バイオガス発酵槽（２）からガス処理加工装置（２０）へガス混合物を供給する工程と、
ｄ）該ガス処理加工装置（２０）において非メタン成分を一部分離することによってガス混合物中のメタン含有量を増加させる工程と、
ｅ）処理されたガス混合物中のメタン濃度を計測する工程と、
ｆ）工程ｅ）で計測されるメタン濃度があらかじめ定めた上限値（ＣＭｏ）より低い場合に、処理されたガス混合物をバイオガス発酵槽（２）に再循環させる工程と、
ｇ）工程ｅ）で計測されるメタン濃度が上限値（ＣＭｏ）より高い場合に、該ガス混合物をバイオガス処理装置（１８）に供給する工程と、を備える方法。
【請求項７】
複数のバイオガス発酵槽（２−１、２−２、２−３）が並行運転されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
請求項６又は７のいずれかに記載の方法を実施するためのバイオガスシステムであって、
バイオガス排出経路（８）とガス導入経路（１６、１６’）とを備え、バッチ運転によりバイオガス発生のために乾式発酵の原理に沿って運転される少なくとも一つの発酵槽（２）と、
入り口側でバイオガス発酵槽（２）の該バイオガス排出経路（８）に接続され、バイオガス排出経路を有するガス処理加工装置（２０）と、
該ガス処理加工装置（２０）の出口でのメタン濃度を検出するための計測機構（３２）と、
該ガス処理加工装置（２０）のバイオガス排出経路に接続可能であり、該バイオガス発酵槽（２）のガス導入経路（１６、１６’）に接続されるガス回収ライン（１４）と、
二酸化炭素を含んだ排ガスのためのパージガス供給設備（２６、２７）と、
バイオガス／排ガスライン（１１）を経由して前記ガス処理加工装置（２０）の出口に接続される排ガス煙突（１９）と、を備え、かつ、
前記バイオガス発酵槽（２）のガス導入経路（１６、１６’）を前記パージガス供給設備（２６、２７）又は前記ガス処理加工装置（２０）のバイオガス排出経路に接続する目的と、
前記ガス処理加工装置（２０）のバイオガス排出経路中又は前記バイオガス発酵槽のバイオガス排出経路（８）中のメタン濃度があらかじめ定めた下限値（ＣＭｕ）より低い限り、前記バイオガス発酵槽（２）のバイオガス排出経路（８）を前記排ガス煙突（１９）に接続する目的と、  
前記ガス処理加工装置（２０）のバイオガス排出経路中のメタン濃度が下限値（ＣＭｕ）より高く、かつ上限値（ＣＭｏ）より低い限り、前記ガス回収ライン（１４）を前記ガス処理加工装置（２０）の排出経路に接続する目的と、のための計測機構（３２）に接続される制御装置（２２）を備えることを特徴とするバイオガスシステム。
【請求項９】
前記制御装置（２２）を用いることにより、外気供給設備（２６、２７）が前記バイオガス発酵槽のガス導入経路（１６、１６’）に接続可能であることを特徴とする請求項８に記載のバイオガスシステム。
【請求項１０】
バイオガス排出経路（８−ｉ）とガス導入経路（１６−ｉ）とをそれぞれに備え、バッチ運転によりバイオガス発生のために乾式発酵の原理に沿って運転される複数のバイオガス発酵槽（２）を備えてなるバイオガスシステムにおいて、前記複数のバイオガス発酵槽（２）のうち一つを起動する間のメタンスラックを削減する方法であって、
ａ）新しいバイオマスを充填したバイオガス発酵槽（２−２）を閉める工程と、
ｂ）バイオガス発酵槽（２−２）中の二酸化炭素濃度が上限値（ＣＫＤｏ）に達するまでおよび／または該バイオガス発酵槽（２−２）中のメタン濃度が下限値（ＣＭｕ）に達するまで、排ガスライン（２６）および起動される該バイオガス発酵槽（２−２）のガス導入経路（１６’−２）を経由して起動させる閉じた該バイオガス発酵槽（２−２）を二酸化炭素を含んだ排ガスでパージする工程と、
ｃ）一旦二酸化炭素濃度の上限値（ＣＫＤｏ）および／又はメタン濃度の下限値（ＣＭｏ）を超過すると、起動される該バイオガス発酵槽（２−２）からのガス混合物をガス処理加工装置（２０）に供給する工程と、
ｄ）ガス処理加工装置（２０）において、非メタン成分を一部分離することでガス混合物中のメタン含有量を増加させる工程と、
ｅ）計測機構（５０）を用いて処理されたガス混合物中のメタン濃度を計測する工程と、
ｆ）工程ｅ）で計測されるメタン濃度があらかじめ定められた上限値（ＣＭｏ）より低い場合に、処理されたガス混合物を起動させるバイオガス発酵槽（２−２）に再循環させる工程と、
ｇ）工程ｅ）で計測されるメタン濃度が上限値（ＣＭｏ）より高い場合に、バイオガス供給ライン（３８）を経由して処理されたガス混合物を共通バイオガスライン（１２）に供給する工程と、を備える方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法を実施するためのバイオガスシステムであって、
バイオガス排出経路（８−ｉ）とガス導入経路（１６−ｉ）とをそれぞれに備え、バッチ運転によりバイオガス発生のために乾式発酵の原理に沿って運転される複数の発酵槽（２）と、
個々のバイオガス発酵槽（２−ｉ）の前記バイオガス排出経路（８−ｉ）が合流するバイオガスライン（１２）と、
二酸化炭素を含んだ排ガスが個々のバイオガス発酵槽（２−ｉ）のパージガス導入経路（１６−ｉ）に供給される排気ガスライン（２６）と、
個々のバイオマス発酵槽の前記バイオガス排出経路（８−ｉ）に接続可能なガス処理加工装置（２０）と、
該ガス処理加工装置（２０）の出口に接続したバルブ機構（３０）と、
前記共通バイオガスライン（１２）およびバルブ機構（３０）に接続されるバイオガス供給ライン（３８）と、
前記バルブ機構（３０）に接続され、個々のバイオガス発酵槽（２−ｉ）のパージガス導入経路（１６−ｉ）に接続可能なバイオガス回収ライン（１４）と、
バイオガス／排ガスライン（４０）を介して前記バルブ機構に接続可能な排ガス用煙突（１９）と、
個々のバイオガス発酵槽（２−ｉ）の前記パージ用ガス導入経路（１６’−ｉ）に接続可能な外気ライン（２８）とを備え、かつ、
個々のバイオガス排出経路（８−ｉ）を共通バイオガスライン（１２）又はガス処理加工装置（２０）の入り口に接続する目的と、
個々のパージガス導入経路（１６−ｉ）を排ガスライン（２６）又は外気ライン（２８）に接続する目的と、のための制御装置（２２）を備え、かつ、
該制御装置（２２）に接続された計測機構（３２、３４、３６、５０、５２）と、少なくとも一つの発酵槽（２）から出るガス混合物中のメタン濃度を検出するための計測センサ（３２、５０、５２）と二酸化炭素濃度を検出するための計測センサ（３４）とを備えるバイオガスシステム。
【請求項１２】
メタン濃度を検出するための前記計測機構（３２）が前記共通バイオガスライン（１２）に配置されることを特徴とする請求項１１に記載のバイオガスシステム。
【請求項１３】
メタン濃度を検出するための前記計測機構（５０）が前記バルブ機構（３０）と前記ガス処理加工装置（２０）との間に配置されることを特徴とする請求項１１又は１２に記載のバイオガスシステム。
【請求項１４】
請求項１１から１３のいずれかに記載のバイオガスシステムにおいて、複数のバイオガス発酵槽のうち一つを停止する間のメタンスラックを削減する方法であって、
ａ）停止されるバイオガス発酵槽（２−２）のバイオガス排出経路（８−２）をガス処理加工装置の入り口に接続する工程と、
ｂ）排ガスライン（２６）を停止される該バイオガス発酵槽（２−２）のガス導入経路（１６’−２）に接続する工程と、
ｃ）バルブ機構（３０）を経由してバイオガス供給ライン（３８）をガス処理加工装置（２０）の出口に接続する工程と、
ｄ）ガス処理加工装置（２０）の排出経路で計測機構（５０）で検出されるメタン濃度があらかじめ定められた上限値（ＣＭｏ）に低下するまで、排ガスライン（２６）を経由して排ガスを停止するバイオガス発酵槽（２−２）に供給する工程と、
ｅ）バイオガス供給ライン（３８）をガス処理加工装置（２０）の排出経路から切り離す工程と、
ｆ）バルブ機構（３０）を用いてバイオガス回収ライン（１４）をバイオガス／排ガスライン（４０）に接続する工程と、
ｇ）バイオガス回収ライン（１４）を他のバイオガスを製造しているバイオガス発酵槽（２−１、２−３）のパージガス導入経路（１６−１、１６−３）に接続する工程と、
ｈ）バイオガス／排ガスライン（４０）中のメタン濃度が下限値（ＣＭｕ）に下がるまで、又は共通バイオガスライン（１２）中のメタン濃度が上限値（ＣＭｏ）に下がるまで、停止されるバイオガス発酵槽（２−２）に排ガスを供給し続ける工程と、
ｉ）排ガスライン（２６）を停止されるバイオガス発酵槽（２−２）のパージガスライン（１６’−２）から切り離す工程と、
ｊ）バイオガス回収ライン（１４）をバイオガス／排ガスライン（４０）から切り離し、バイオガス／排ガスライン（４０）を排ガス煙突（１９）に接続する工程と、
ｋ）外気ライン（２８）を停止されるバイオガス発酵槽（２−２）のガス導入経路（１６’−２）に接続し、計測機構（３４）で検出される停止される該バイオガス発酵槽（２−２）中の二酸化炭素濃度があらかじめ定められた下限値（ＣＫＤｕ）に下がるまで、停止されるバイオガス発酵槽（２−２）に外気を供給する工程と、
ｌ）稼動しない状態とされたバイオガス発酵槽（２−２）を開ける工程と、を備える方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つのバイオガス発酵槽を有するバイオガスシステムの運転においてメタンスラックを削減する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
いわゆる「乾式発酵」は、農業由来、有機廃棄物由来、および公共緑地や公園地帯由来の液状化可能なバイオマスを、ポンプでくみ上げられる液体物質に変換することなくメタンに転換することを可能にする。割合にして５０％までの乾燥した物質を含むバイオマスを発酵させることが可能である。この乾式発酵法は、例えば特許文献１に開示されている。
【０００３】
「乾式」発酵においては、発酵させる材料は、例えば有機廃棄物の液相発酵の場合とは異なり、液体になるまで攪拌されることはない。その代わりに、発酵槽の底部の浸出液を分離し、バイオマスに再噴霧することにより、発酵槽中に導入された発酵基質は恒常的に湿潤に保たれる。このようにして、バクテリアにとって最適な生息条件が達成される。浸出液の再循環においては、さらに温度を調節することが可能であり、プロセスの最適化のために添加剤を加えることも可能である。
【０００４】
特許文献２には、いわゆるバッチプロセスにより乾式発酵の原理に沿って運転されるプレハブガレージの形状を有するバイオリアクタ（発酵槽）が開示される。既に発酵させた物質を接種した後、発酵基質は発酵槽中にホイールローダを用いて充填される。ガレージ形に建設された発酵槽は気密性を有する蓋で閉じられる。バイオマスは空気を排除した状態で発酵され、さらに混合されることも他の付加的な物質が供給されることもない。発酵材料から漏出する浸出液は、浸出液排出路を介して分離され、一時的にタンクに貯留され、再び発酵基質の上に湿潤化のために噴霧される。発酵過程は３４〜３７℃の中等温度で進行するが、温度の調節が床面および壁面の加熱によりなされる。
【０００５】
発生したバイオガスは、発電および発熱のために熱電併給装置（Blockheizkraftwerk; BHKW）に利用することができる。熱電併給装置への一定かつ十分な量のバイオガスの供給を確実に行うために、乾式発酵プラントにおいては複数の発酵槽が時間差をもって運転される。滞留時間が終了すると、発酵槽内の容積は完全に空にされ、次いで新規に充填される。発酵した物質は引き続いて堆肥化に供され、従来の堆肥に匹敵する有機肥料が形成されることとなる。
【０００６】
バッチ型の運転を行うために、個々の発酵槽は時々停止させる必要がある。つまり、バイオガスの製造を停止し、発酵後のバイオマスを個々の発酵槽から除去し、新しいバイオマスを発酵槽に充填し、バイオガスの製造を再開することが必要である。新しく充填された発酵槽の起動時において、初期には発生したバイオガス中のメタン含有量が非常に低く、また二酸化炭素および窒素の割合が非常に高いため、熱電併給装置でバイオガスを直接使用することは不可能である。さらに、既にバッチ運転において稼動している並列の発酵槽へ混合することは、新しく充填された発酵槽で発生したバイオガスの質が低すぎて、ガス流全体の品質が熱電併給装置で利用するには不十分となってしまうため、不可能である。バイオマスが新しく充填された発酵槽で発生するバイオガスが、熱電併給装置での利用又は既に長時間運転されている発酵槽からのバイオガスへの混合が可能な品質となるまで、容器の大きさやバイオマスの種類や品質により５時間から１２時間を要する。従って、この新しく充填された発酵槽の起動段階の間は、発生したメタン含有量が低いバイオガスは大気中に直接放出されるか、メタン含有量が高い場合には燃焼される。このように、発生したメタンの一部は利用されない。これがメタンスラックである。
【０００７】
（独国）特許法３（２）章における先行技術に当たる本願出願人による特許文献３には、複数の発酵槽が並列に運転される場合には、最初に共通のバイオガスラインをガス処理プラントに接続することが記載されている。ガス処理プラント内部で、窒素および二酸化炭素を分離することで、メタン含有量が上昇される。ガス処理プラントが共通のバイオガスラインに配置されているので、共通のガスライン中の混合されたバイオガスのガス質を改良することのみが可能であり、一方、個々の発酵槽で直接発生したバイオガスの品質を改良することは可能でない。その結果、特に新しく充填された発酵槽の起動時に生じるメタンスラックを削減することは不可能である。
【０００８】
特許文献４には、バイオガスをガス処理加工装置を用いてメタン含有量の高い部分流とメタン含有量の低い部分流に分離する、メタンを含んだバイオガスの利用法が記載されている。メタン含有量の高い部分流は燃料としてガスエンジンに供給され、メタン含有量の低い部分流はバイオガス発生過程に再循環される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】欧州特許出願公開第０９３４９９８号明細書
【特許文献２】国際公開第０２／０６４３９号パンフレット
【特許文献３】独国特許出願公開第１０２００７０２４９１１号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２０１０／０３１１１４１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従って、本発明の課題は、メタンスラックを削減する方法およびこの方法を利用するバイオガスシステムを明示することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この課題は、請求項１、５、６、８、１０、１３および１４にそれぞれ記載の特徴によって達成される。
【００１２】
新しいバイオマスを充填されたバイオガス発酵槽の起動時、バイオガス発酵槽から出てくるガス混合物中のメタン含有量は、発生したバイオガスを意図した用途に供給できるだけ充分に高くなるまで、数時間にわたって上昇し続ける。メタン含有量が低すぎるガス混合物を燃焼させる、又は大気中に直接放出する代わりに、そのガス混合物は、ガス混合物中の非メタン成分を一部分離するガス処理加工装置に供給され、メタン含有量が高くなった残りのガス混合物は、メタン濃度が充分高くなるまでバイオガス発酵槽に再循環される。
【００１３】
従属請求項は、本発明の好適な形態に関する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】バイオガス発酵槽を有する本発明の第一実施形態の概略図である。
【図２】バイオガス発酵槽を有する本発明の第二実施形態の概略図である。
【図３】新しく充填されたバイオガス発酵槽の起動時の一つの段階を示す図である。
【図４】新しく充填されたバイオガス発酵槽の起動時の一つの段階を示す図である。
【図５】新しく充填されたバイオガス発酵槽の起動時の一つの段階を示す図である。
【図６】並列運転される複数のバイオガス発酵槽を有する本発明の第三実施形態の、一つの運転段階を示す概略図である。
【図７】並列運転される複数のバイオガス発酵槽を有する本発明の第三実施形態の、一つの運転段階を示す概略図である。
【図８】並列運転される複数のバイオガス発酵槽を有する本発明の第三実施形態の、一つの運転段階を示す概略図である。
【図９】並列運転される複数のバイオガス発酵槽を有する本発明の第三実施形態の、一つの運転段階を示す概略図である。
【図１０】並列運転される複数のバイオガス発酵槽を有する本発明の第三実施形態の、一つの運転段階を示す概略図である。
【図１１】並列運転される複数のバイオガス発酵槽を有する本発明の第三実施形態の、一つの運転段階を示す概略図である。
【図１２】並列運転される複数のバイオガス発酵槽を有する本発明の第三実施形態の、一つの運転段階を示す概略図である。
【図１３】並列運転される複数のバイオガス発酵槽を有する本発明の第三実施形態の、一つの運転段階を示す概略図である。
【図１４】並列運転される複数のバイオガス発酵槽を有する本発明の第三実施形態の、一つの運転段階を示す概略図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は単一の発酵槽２を有する本発明に係るバイオガスシステムの基本となる第一実施形態を示すものである。発酵槽２は直方体で、プレハブガレージのような構造を有する。直方体型発酵槽２の端面の一方に設けられた投入・排出口４から、ホイールローダを使用してバイオマス６を発酵槽２に充填および除去することができる。発酵槽２の詳細な構成については、特許文献２を参照されたい。
【００１６】
発酵槽２はさらに、ガス処理加工装置２０の入り口に接続されるバイオガス排出経路８を有する。ガス処理加工装置２０の出口は、三方バルブ１３で終端されたバイオガスライン１２に接続されている。三方バルブ１３は、バイオガス回収ライン１４を経由して、バイオガス発酵槽２のガス導入経路１６、およびバイオガス利用装置、又は、例えば熱電併給装置のようなバイオガス処理装置１８へ接続可能である。ガス導入経路１６は、バイオガス発酵槽２の底面領域に合流する。計測・制御機構２２は、ガス処理加工装置２０の出口におけるメタン濃度を計測するための計測センサ３２および三方バルブ１３に接続されている。三方バルブ１３とガス処理加工装置２０の出口の間には、例えば送風装置の形状を有するガス輸送装置２４が配置される。
【００１７】
ガス処理加工装置２０は、高圧水での洗浄、濾過、又は膜を用いることで、非メタン成分、特に二酸化炭素を一部分離し、発生したバイオガスの質を向上させる役割を果たす。結果として、ガス処理加工装置２０の出口におけるガス混合物中のメタン濃度が上昇する。分離された非メタン成分は、排気設備２５を経由して大気中に放出される。
【００１８】
新しいバイオマスが充填されたバイオガス発酵槽２の起動時、新しいバイオマス６に浸出液が噴霧される。この時、バイオガス発酵槽２の中にはバイオガスはほんの少ししか含まれない。バイオガス排出経路８を通してバイオガス発酵槽２から出てきたガス混合物は、ガス処理加工装置２０で、メタンに関して濃縮される。ガス処理加工装置２０の出口で測定センサー３２により測定されたメタン濃度があらかじめ定められた制限値（ＣＭｏ）よりも低いうちは、三方バルブ１３は計測・制御機構２２によってガス処理加工装置２０の出口がバイオガス回収ライン１４に接続されるように制御される。このようにして、メタン含有量が低すぎるバイオガスはバイオガス回収ライン１４およびガス導入経路１６を通してバイオガス発酵槽２へと再循環される。バイオガス処理加工装置２０の出口におけるバイオガス中のメタン濃度が制限値ＣＭｏよりも高くなってはじめて、バイオガスは三方バルブ１３を通して熱電併給装置１８に供給される。メタン濃度の制限値（ＣＭｏ）は１５％〜５０％の範囲、好ましくは３０％〜５０％の範囲、特に好ましくは４０％〜５０％の範囲である。このようにして、いわゆるメタンスラックが削減される。
【００１９】
次に、本発明の第二実施形態について、図２〜５を用いて説明する。類似した部品は同一の参照符号で示す。三方バルブ１３を除いて、第一実施形態の部品は第二実施形態においても存在する。
【００２０】
第二実施形態においては、三方バルブが三つののバルブ１０−１、１０−２および１０−３の配列に置き換わっている。ガス輸送装置２４の下流に、バイオガス／排ガスライン１１がバイオガス１２から分岐している。バルブ１０−１は熱電併給装置１８の上流で、バイオガスライン１２に配置されている。バルブ１０−２は、バイオガス回収ライン１４に配置される。バルブ１０−３はバイオガス／排ガスライン１１に配置される。バイオガス／排ガスライン１１は、排ガス煙突１９に通じている。
【００２１】
加えて、発酵槽２はガス導入経路１６の他に、バイオガス発酵槽２の天井領域に合流するパージガス導入経路１６’も備えている。パージガス導入経路１６’は、バルブ１０を経由して排ガスライン２６又は外気ライン２８に接続可能である。排ガスライン２６には、排ガスを発酵槽２に送り込める排ガス送風装置２７が配置されている。外気ライン２８には、大気中から外気を取り込むための外気送風装置２９が配置されている。二酸化炭素を含んだ排ガスは、排ガスライン２６を通じてパージガスとして導入され、外気は外気ライン２８を通して発酵槽２中に導入される。
【００２２】
排ガスライン２６および外気ライン２８中のバルブ１０は、計測・制御機構２２に接続され、それよって開閉される。メタン濃度計測センサ３２に加えて、計測・制御機構２２はさらに二酸化炭素濃度を検出する計測センサ３４およびガスの流速を検出する計測センサ３６に接続されている。計測センサ３４と計測センサ３６の両者もガス処理加工装置２０の出口に配置されている。
【００２３】
図３〜５はそれぞれ新しいバイオマス６を充填したバイオガス発酵槽２の起動について様々な段階を示すものである。これらの図において、有効になっているラインおよび部品位置が太線で表されている。
【００２４】
図３は新しいバイオマス６を充填したバイオガス発酵槽２の起動の最初の段階を示している。投入・排出口４は閉じられており、バイオガス排出経路８と排ガス煙突１９との間のバイオガス／排ガスライン１１を経由した接続は、開いた状態となるよう制御されている。この段階においては、バイオガス処理加工装置２０は稼動しておらず、単にガス混合物を通過させるだけである。計測・制御機構２２は、二酸化炭素を含んだ排ガスをバイオガス発酵槽２に取り込むため、排ガスライン２６にあるバルブ１０を開かせる。この状態は、第二計測センサ３４で検出された稼動していないガス処理加工装置２０の出口における二酸化炭素濃度が上限値ＣＫＤ０に達するかこれを超えるかするまで継続される。加えて、稼動していないガス処理加工装置２０の出口におけるメタン濃度が計測センサ３２によって検出される。一旦検出されたメタン濃度が下限値ＣＭｕに達するかこれを超えるかすれば、ガス処理加工装置２０が稼動し、バルブ１０−３が閉じられ、バルブ１０−２が開けられ、その結果、ガス処理加工装置中でメタン濃度に関して濃縮されたガス混合物がバイオガス回収ライン１４およびガス導入経路１６を経由してバイオガス発酵槽２に再循環される。
【００２５】
このバイオガスの再循環は、ガス処理加工装置２０の出口において計測センサ３２で検出されるメタン濃度が上限値ＣＭｏに達し、これを超えるまで続けられる。バルブ１０−１は開けられ、バルブ１０−２は閉じられ、その結果、ガス処理加工装置において濃縮されたバイオガスが熱電併給装置１８に供給される。これが図５である。「正常な」バイオガス製造段階がこの状態で達成されている。
【００２６】
バイオガス発酵槽２の停止は、特許文献４に示されているのと同じ方法で行われ、その内容はすべて、この点において参照されることにより本明細書に含まれるものとする。
【００２７】
図６〜１４は、三つの発酵槽２−１、２−２および２−３がバイオガスの発生のために並行運転される本願発明の第三の実施例を示すものである。類似の部品は同一の参照符号で示す。図６〜１４に示されるバイオガスシステムにおいては、三つのの発酵槽２−１、２−２、および２−３それぞれに、パージガス導入経路１６’−１、１６’−２、１６’−３がガス導入経路１６−１、１６−２、１６−３とともに装備されており、各々バルブ１０によって切り離すことが可能である。三つのパージガス導入経路１６’−ｉは共通パージガス導入経路４２につなぎ込まれている。排ガスライン２６および外気ライン２８は、共通パージガス導入経路４２に通じており、それぞれバルブ１０で切り離し可能である。パージガス導入経路１６−ｉおよび１６’−ｉは一つのガス導入経路（表示していない）につなぎ込むこともできる。
【００２８】
三つの発酵槽２−１、２−２、２−３の各々にはバイオガス排出経路８−１、８−２、８−３が装備されており、それらはそれぞれバルブ１０によって切り離すことができる。バルブ１０の下流で、個々のバイオガス排出経路８−ｉは、バイオガス消費体である熱電併給装置１８に通じる共通バイオガスライン１２に結合している。バルブ１０とバイオガス発酵槽２−ｉの間に、それぞれの部分バイオガス／排ガスライン４０−１、４０−２および４０−３がバイオガス排出経路８−ｉから分岐しており、それぞれバルブ１０によって切り離し可能であり、バルブ１０の下流で共通バイオガス／排ガスライン４０につなぎ込まれている。バイオガス／排ガスライン４０は出口がガス輸送装置２４に接続されたガス処理加工装置２０の入り口に接続されている。ガス輸送装置は制御装置２２によって制御される四方バルブ３０に合流する。残りのバルブ１０も、図６〜１４に明示されていなくても、同様に制御装置２２によって操作される。四方バルブ３０の下流で、バイオガス／排ガスライン４０は排ガス煙突１９に導入される。四方バルブ３０から、個々のバイオガス発酵槽２−ｉのガス導入経路１６−ｉに戻るバイオガス回収ライン１４が分岐している。共通バイオガスライン１２に合流するバイオガス供給ライン３８が四方バルブ３０から分岐している。
【００２９】
熱電併給装置１８からの排出ライン４４は、第二排ガス煙突４６に合流している。排ガスライン２６は、三方バルブ４８を経由して排出ライン４４に接続されている。つまり、熱電併給装置１８で発生した二酸化炭素を含む排ガスが停止を意図する発酵槽２−ｉのパージに利用される。三方バルブは、排ガスライン２６を経由して発酵槽２−ｉをパージするために輸送される排ガスの流速および第二排ガス煙突４６を経由して大気中に放出される排ガスの量を調節することができる。
【００３０】
メタン濃度を検出するための第一計測センサ３２は、共通ガスライン１２に配置されている。二酸化炭素濃度を検出するための第二計測センサ３４、流速を検出するための第三計測センサ３６およびメタン濃度を検出するための第四計測センサ５０は、共通バイオガス／排ガスライン４０に、ガスの流れの方向にガス処理加工装置２０の下流かつ送風装置２４の下流に配置される。四つの計測センサ３２、３４、３６および５０は制御装置２２に接続される。見やすさのため、これらの制御ラインは図６〜１４には示していない。
【００３１】
排ガスライン２６のバルブ１０は、その機能も三方バルブ４８に担わせることができるので、省略してもよい。
【００３２】
第二の発酵槽２−２の停止、再起動における様々な段階を図６〜１４に示す。第一の発酵槽２−１および第三の発酵槽２−３のバイオガス製造は、第二の発酵槽２−２の停止および再起動時に連続的に続けられる。
【００３３】
第一段階−停止（図６）
図６は発酵槽２−２の停止の最初の段階を示すものである。ここでは、二酸化炭素を含む排ガスが熱電併給装置１８から三方バルブ４８、排ガスライン２６、排ガス送風装置２７および第二のパージガス導入経路１６’−２を経由して発酵槽２−２に送り込まれる。第二のバイオガス排出経路８−２は共通バイオガスライン１２に接続され続けており、その結果、バイオガス／排ガス混合物が熱電併給装置１８に供給され続ける。
【００３４】
第二段階−停止（図７）
共通バイオガスライン１２にある第一計測センサ３２により検出されたメタン濃度が上限値ＣＭ０を下回った後にはじめて、図７に示すように第二バイオガス排出経路８−２にあるバルブ１０が制御装置２２によって閉じられ、第二部分バイオガス／排ガスライン４０−２にあるバルブ１０が開けられる。ガス処理加工装置の出口で第四計測センサ５０によって検出されるメタン濃度が上限値ＣＭ０を上回っている限り、バイオガス／排ガス混合物はガス処理加工装置２０でメタンに関して濃縮され、四方バルブ３０およびバイオガス供給ライン３８を経由して共通バイオガスライン１２に供給される。この発酵槽２−２の停止の第二段階においては、ガス処理加工装置２０の中の二酸化炭素を含んだ排ガスは部分バイオガス／排ガスライン４０−２中のバイオガス／排ガス混合物から一部除去され、残りの十分なメタン濃度を示すバイオガス／排ガス混合物はバイオガス発酵槽２−１および２−３からのバイオガスと共に熱電併給装置１８に供給され続ける。
【００３５】
第三段階−停止（図８）
ガス処理加工装置２０の下流の共通バイオガス／排ガスライン４０にある第四計測センサ５０によって検出されたメタン濃度が一旦上限値ＣＭ０を下回ると、四方バルブ３０は共通バイオガス／排ガスライン４０をバイオガス回収ライン１４に接続し、バイオガス／排ガス混合物はガス導入経路１６−１および１６−３を経由して他のバイオガス発酵槽２−１および２−３に供給される。これが図８である。この停止の第三段階は、第一計測センサ３２で検出されるメタン濃度が上限値ＣＭ０を下回るか、又は共通バイオガス／排ガスライン４０にある第四のセンサ５０によって検出されるメタン濃度が下限値ＣＭｕを下回るか、いずれかが先に起こるまで継続される。
【００３６】
第四段階−停止（図９）
一旦、第一計測センサ３２で検出されるメタン濃度が上限値ＣＭ０を下回るか、又は共通バイオガス／排ガスライン４０のガス処理加工装置２０の出口のところで第四のセンサ５０によって検出されるメタン濃度が下限値ＣＭｕを下回るか、いずれかが先に起こると、制御装置２２によって排ガスライン２６にあるバルブ１０が閉じられ、大気ライン２９にあるバルブ１０が開けられる。制御装置２２は四方バルブ３０を使用して共通バイオガス／排ガスライン４０を第一排ガス煙突１９に接続し、ガス処理加工装置２０は稼動しない状態とされる。非常に低いメタン含有量のバイオガス／排ガス／空気混合物は第一排ガス煙突１９を経由して大気中に直接放出される。この停止の第四段階は共通バイオガスライン４０にある第二計測センサ３４によって検出される二酸化炭素濃度が下限値ＣＫＤｕを下回るまで実施される。
【００３７】
第五段階−停止又は排出（図１０）
一旦共通バイオガス／排ガスライン４０にある第二計測センサ３４によって検出された二酸化炭素濃度が下限値ＣＫＤｕを下回ると、図１０に示されるように、外気ライン２８にあるバルブ１０が制御装置２２によって閉じられ、外気送風装置２９が稼働していない状態とされる。図６〜１４には表示されていない投入・排出口が開けられる。同時に、外気が共通バイオガス／排ガスライン４０にある送風装置２４によって、開いた投入・排出口経由で取り込まれ、排ガス煙突１９を経由して大気中に放出される。これにより、発酵したバイオマス中に残っている残留バイオガスが、排出作業中に作業人員に危害を及ぼすことを防止する。このことは、充填および排出に用いられるホイールローダの排気ガスを排出する役割も果たす。
【００３８】
第一段階−起動（図１１）
発酵槽２−２に再度新しいバイオマスが充填された後、投入・排出口が閉じられ、第二のバイオガス排出経路８−２と排ガス煙突１９の間の第二の部分バイオガス／排ガスライン４０−２および共通バイオガス／排ガスライン４０を経由した接続は保持される。また、制御装置２２が排ガスライン２６にあるバルブ１０を開け、熱電併給装置１８の排出ライン４４にある三方バルブ４８を閉じ、その結果二酸化炭素を含んだ排ガスが発酵槽２−２に取り込まれる。ガス処理加工装置２０は稼動していない。このバイオガス発酵槽２の再起動における最初の段階は、第四計測センサ５０によって検出される共通バイオガス／排ガスライン４０中のメタンガス濃度が下限値ＣＭｕに達するまで継続される。
【００３９】
第二段階−起動（図１２）
一旦この下限値ＣＭｕに達すると、排ガスライン２６を経由した排ガスの供給が停止され、ガス処理加工装置２０が稼動され、共通バイオガス／排ガスライン４０が四方バルブ３０および制御装置２２を経由してバイオガス回収ライン１４に接続される。ガス処理加工装置２０で濃縮されたバイオガス／排ガス混合物はバイオガス回収ライン１４を経由して起動を意図している発酵槽２に再循環される。この起動における第二段階はガス処理加工装置２０の出口で第四計測センサ５０によって検出されるメタン濃度が上限値ＣＭｏに達するまで保持される。
【００４０】
第三段階−起動（図１３）
一旦第四計測センサ５０によって検出されるメタン濃度が上限値ＣＭｏに達すると、共通バイオガス／排ガスライン４０が制御装置２２および四方バルブ３０によってバイオガス供給ライン３８に接続される。加えて、部分バイオガス／排ガスライン４０−１および４０−３もさらに共通バイオガス／排ガスライン４０に接続され、その結果全バイオガス発酵槽２−ｉからのバイオガスがガス処理加工装置２０で濃縮されるようになる。
【００４１】
正常運転（図１４）
もしガス処理加工装置２０の下流（第四計測センサ５０）および上流（第五計測センサ５２）でのメタン濃度の差があらかじめ定められた制限値ＣＭ３を下回っているならば、バイオガスシステムの正常運転が達成されている。つまり、全てのバイオガス発酵槽２−ｉで発生したバイオガスはバイオガス排出経路８−ｉを経由して共通バイオガスライン１２に直接供給され、ガス処理加工装置２０が稼動しない状態とされる。
【００４２】
図１４に示された正常運転状態の代わりに、図１３に示された切り替え配置が正常運転状態として同様に保持されてもよい。さらなる代替形態として、図１３で示された正常運転状態において、熱電併給装置１８のすぐ上流に配置される別のガス処理加工装置（表示していない）を使用することも可能である。高圧水での洗浄、濾過又は膜の使用により、ガス処理加工装置は発生したバイオガスの質を天然ガスの品質レベルまで上昇させる効果を有する。つまり、特にメタン含有量が上昇され、二酸化炭素含有量が低減される。
【００４３】
以下に、種々の制限値について数値を例示する。
メタン濃度：
上限値ＣＭｏ  ３０％〜５０％
下限値ＣＭｕ  ０％〜３％
制限値ＣＭ３  ０％〜１％
二酸化炭素濃度：
下限値ＣＫＤｕ  ０．５％〜２％
上限値ＣＫＤｏ  ５％〜１５％
発酵槽の容量および利用可能な排ガスの量によって、排ガスライン２６における排ガスの流速は１５０〜１０００ｍ３／ｈである。外気ライン２８における外気の流速は１０００〜５０００ｍ３／ｈである。
【符号の説明】
【００４４】
２  発酵槽
４  投入・排出口
６  バイオマス
８  バイオガス排出経路
１０  バルブ
１１  バイオガス／排ガスライン
１２  バイオガスライン
１３  三方バルブ
１４  バイオガス回収ライン
１６  ガス導入経路
１６’  パージガス導入経路
１８  バイオガス利用装置又はバイオガス処理装置
１９  排ガス煙突
２０  ガス処理加工装置
２２  計測・制御機構
２４  ガス輸送装置
２５  排気設備
２６  排ガスライン
２７  排ガス送風装置
２８  外気ライン
２９  外気送風装置
３０  四方バルブ
３２  メタン濃度計測センサ
３４  二酸化炭素濃度計測センサ
３６  流速計測センサ
３８  バイオガス供給ライン
４０  共通バイオガス／排ガスライン
４０−１  第一部分バイオガス／排ガスライン
４０−２  第二部分バイオガス／排ガスライン
４０−３  第三バイオガス／排ガスライン
４２  共通パージガス導入経路
４４  排出ライン
４６  第二排気煙突
４８  三方バルブ
５０  第四計測センサ（メタン濃度）
５２  第五計測センサ（メタン濃度）
【図１】
0005442753.tif 000002
【図２】
0005442753.tif 000003
【図３】
0005442753.tif 000004
【図４】
0005442753.tif 000005
【図５】
0005442753.tif 000006
【図６】
0005442753.tif 000007
【図７】
0005442753.tif 000008
【図８】
0005442753.tif 000009
【図９】
0005442753.tif 000010
【図１０】
0005442753.tif 000011
【図１１】
0005442753.tif 000012
【図１２】
0005442753.tif 000013
【図１３】
0005442753.tif 000014
【図１４】
0005442753.tif 000015