(57)【要約】      （修正有）【課題】植物、畜産物、魚介類またはそれらの廃棄物、あるいは生ゴミや畜産物の糞などの汚物を含むバイオマス資源を有効利用するための処理システム及び処理方法を提供する。【解決手段】バイオマス資源を30〜90℃に加熱し、メタンガスと、残渣を含む消化液とを生成し、メタンガスを分別回収するメタン発酵装置と、消化液を、温度を250℃超え400℃以下の温度とし、圧力を0.01〜14.7MPaとする高温高圧雰囲気下で加熱し、メタンガス、有機酸、油、及び残渣を含む水溶液を生成し、メタンガス、有機酸及び油を分別回収する亜臨界装置と、消化液及び／又は亜臨界装置で生成した水溶液を、105℃以上で加熱して、水蒸気及び残渣を生成し、水蒸気を分別回収する水分除去装置と、水分除去装置で生成した残渣を、非酸化性雰囲気下で320〜850℃の温度で加熱して、炭化物、及びエネルギーガスを生成し、回収する炭化・エネルギーガス回収装置とを具えることを特徴とする。【選択図】図１
2005052692.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
植物、畜産物、魚介類またはそれらの廃棄物、あるいは生ゴミや畜産物の糞などの汚物を含むバイオマス資源を３０〜９０℃に加熱し、メタンガスと、残渣を含む消化液とを生成し、生成したメタンガスを分別回収するメタン発酵装置と、
メタン発酵装置で生成した消化液を、温度を２５０℃超え４００℃以下の温度とし、圧力を０．０１〜１４．７ＭＰａとする高温高圧雰囲気下で加熱し、メタンガス、有機酸、油、及び残渣を含む水溶液を生成し、生成したメタンガス、有機酸及び油を分別回収する亜臨界装置と、
メタン発酵装置で生成した消化液及び／又は亜臨界装置で生成した水溶液を、１０５℃以上で加熱して、水蒸気及び残渣を生成し、生成した水蒸気を分別回収する水分除去装置と、
水分除去装置で生成した残渣を、非酸化性雰囲気下で３２０〜８５０℃の温度で加熱して、炭化物、及びメタンや水素を主体とするエネルギーガスを生成し、炭化物及びエネルギーガスを分別回収する炭化・エネルギーガス回収装置と、
を具えることを特徴とするバイオマス資源を有効利用するための処理システム。
【請求項２】
植物、畜産物、魚介類またはそれらの廃棄物、あるいは生ゴミや畜産物の糞などの汚物を含むバイオマス資源を３０〜９０℃に加熱し、メタンガスと、残渣を含む消化液とを生成し、生成したメタンガスを分別回収するメタン発酵工程と、
メタン発酵工程で生成した消化液を、温度を２５０℃超え４００℃以下の温度とし、圧力を０．０１〜１４．７ＭＰａとする高温高圧雰囲気下で加熱し、メタンガス、有機酸、油、及び残渣を含む水溶液を生成し、生成したメタンガス、有機酸及び油を分別回収する亜臨界工程と、
メタン発酵装置で生成した消化液及び／又は亜臨界装置で生成した水溶液を、１０５℃以上で加熱して、水蒸気及び残渣を生成し、生成した水蒸気を分別回収する水分除去工程と、
水分除去工程で生成した残渣を、非酸化性雰囲気下で３２０〜８５０℃の温度で加熱して、炭化物、及びメタンや水素を主体とするエネルギーガスを生成し、炭化物及びエネルギーガスを分別回収する炭化・エネルギーガス回収工程と、
を具えることを特徴とするバイオマス資源を有効利用するための処理方法。
【請求項３】
バイオマス資源は、細かく破砕してペースト状にする破砕工程を経てからメタン発酵工程で処理する請求項２記載のバイオマス資源を有効利用するための処理方法。
【請求項４】
亜臨界工程で生成した油は、バイオディーゼル燃料油として用いる請求項２又は３記載のバイオマス資源を有効利用するための処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、植物、畜産物、魚介類またはそれらの廃棄物、あるいは生ゴミや畜産物の糞などの汚物を含むバイオマス資源を有効利用するための処理システム及び処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、バイオマス資源からメタン（ＣＨ４）ガスを発生させて回収する手段としては、例えば特許文献１に記載されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１７０６９５号公報
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載されたメタンガス精製設備は、メタンガスの回収率が低く、また、メタンガスを精製した後のバイオマス資源の大部分は、残渣を含む消化液となり、この消化液は、薬注の投入、汚泥の処理などの清浄化処理を行なう必要があり、清浄化処理するためのコストが高くなった。このため、清浄化処理するための最終的な残渣の生成量を極力少なくすることが望ましい。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、植物、畜産物、魚介類またはそれらの廃棄物、あるいは生ゴミや畜産物の糞などの汚物を含むバイオマス資源から、メタンガスや水素ガスを効率良く分別回収すると共に、最終的な残渣の生成量を極力少なくして、清浄化処理コストの低減を図ることができる、バイオマス資源を有効利用するための処理システム及び処理方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のバイオマス資源を有効利用するための処理システムは、植物、畜産物、魚介類またはそれらの廃棄物、あるいは生ゴミや畜産物の糞などの汚物を含むバイオマス資源を３０〜９０℃に加熱し、メタンガスと、残渣を含む消化液とを生成し、生成したメタンガスを分別回収するメタン発酵装置と、メタン発酵装置で生成した消化液を、温度を２５０℃超え４００℃以下の温度とし、圧力を０．０１〜１４．７ＭＰａとする高温高圧雰囲気下で加熱し、メタンガス、有機酸、油、及び残渣を含む水溶液を生成し、生成したメタンガス、有機酸及び油を分別回収する亜臨界装置と、メタン発酵装置で生成した消化液及び／又は亜臨界装置で生成した水溶液を、１０５℃以上で加熱して、水蒸気及び残渣を生成し、生成した水蒸気を分別回収する水分除去装置と、水分除去装置で生成した残渣を、非酸化性雰囲気下で３２０〜８５０℃の温度で加熱して、炭化物、及びメタンや水素を主体とするエネルギーガスを生成し、炭化物及びエネルギーガスを分別回収する炭化・エネルギーガス回収装置とを具えることにある。
【０００７】
また、本発明のバイオマス資源を有効利用するための処理方法は、植物、畜産物、魚介類またはそれらの廃棄物、あるいは生ゴミや畜産物の糞などの汚物を含むバイオマス資源を３０〜９０℃に加熱し、メタンガスと、残渣を含む消化液とを生成し、生成したメタンガスを分別回収するメタン発酵工程と、メタン発酵工程で生成した消化液を、温度を２５０℃超え４００℃以下の温度とし、圧力を０．０１〜１４．７ＭＰａとする高温高圧雰囲気下で加熱し、メタンガス、有機酸、油、及び残渣を含む水溶液を生成し、生成したメタンガス、有機酸及び油を分別回収する亜臨界工程と、メタン発酵装置で生成した消化液及び／又は亜臨界装置で生成した水溶液を、１０５℃以上で加熱して、水蒸気及び残渣を生成し、生成した水蒸気を分別回収する水分除去工程と、水分除去工程で生成した残渣を、非酸化性雰囲気下で３２０〜８５０℃の温度で加熱して、炭化物、及びメタンや水素を主体とするエネルギーガスを生成し、炭化物及びエネルギーガスを分別回収する炭化・エネルギーガス回収工程とを具えることにある。
【０００８】
さらに、バイオマス資源は、細かく破砕してペースト状にする破砕工程を経てからメタン発酵工程で処理することが好ましく、加えて、亜臨界工程で生成した油は、バイオディーゼル燃料油として用いることがより好適である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明に従うバイオマス資源を有効利用するための処理システムを図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の代表的な処理システムを説明するためのフローチャートを示したものである。
【００１０】
本発明の処理システム１は、主にメタン発酵装置２、亜臨界装置３、水分除去装置４及び炭化・エネルギーガス回収装置５とを具えている。
【００１１】
メタン発酵装置２は、植物、畜産物、魚介類またはそれらの廃棄物、あるいは生ゴミや畜産物の糞などの汚物を含むバイオマス資源を利用し、このバイオマス資源を３０〜９０℃に加熱し、メタンガスと、残渣を含む消化液とを生成し、生成したメタンガスを、例えばガスホルダー６で分別回収する装置である。メタン発酵装置２で生成されるメタンガスの回収率は、投入したバイオマス資源全体の５質量％程度であり、回収されてガスホルダ６に送られ、残りの９５％は残渣であり、かかる残渣は、後工程の乾燥装置３を経てから低温炭化装置４のバイオマス資源（原料）として使用するため、メタン発酵装置２の処理では、残渣は全く生じない。
【００１２】
亜臨界装置３は、メタン発酵装置２で生成した消化液を、温度を２５０℃超え４００℃以下の温度とし、圧力を０．０１〜１４．７ＭＰａとする高温高圧雰囲気下で加熱し、メタンガス、有機酸、油、及び残渣を含む水溶液を生成し、生成したメタンガス、有機酸及び油を分別回収する装置である。
【００１３】
本発明では、特に、亜臨界装置３の処理によって、投入した消化液全体の７２質量％以上、さらには、投入したバイオマス資源全体からすると、７０質量％以上のメタンガスを効率良く回収できることを主な特徴とする。
【００１４】
また、亜臨界装置３から生成した有機酸は、例えば健康食品等の添加物などに広く使用することができ、また、され、亜臨界装置３から生成した油は、バス等のバイオディーゼル燃料油として使用したり、ボイラ発電装置（図示せず）の燃料油として使用することができ、バイオマス資源を有効利用することができる。
【００１５】
水分除去装置４は、メタン発酵装置２で生成した消化液及び／又は亜臨界装置３で生成した水溶液を、１０５℃以上、好ましくは２００〜７００℃で加熱して、水蒸気及び残渣を生成し、生成した水蒸気を分別回収する装置である。分別回収した水蒸気は、例えば、ボイラ発電装置に使用すればよい。
【００１６】
炭化・エネルギーガス回収装置５は、水分除去装置４で生成した残渣を、非酸化性雰囲気下で３２０〜８５０℃の温度で加熱して、炭化物、及びメタンや水素を主体とするエネルギーガスを生成し、炭化物及びエネルギーガスを分別回収する装置であり、残渣はほとんど生じない。しかしながら、炭化装置で残渣が生成される場合には、図示しない溶融炉、例えば残渣を１０００℃以上で高温溶融させる還元ガス化溶融炉をさらに設けて、この残渣を高温溶融して無害化することが好ましく、このように構成すれば、炭化装置で残渣が生成したとしても、この残渣を溶融炉で完全無害化できるので、システムとしては残渣が全く生じないことになる。
【００１７】
生成した水素ガスは、ガス改質装置（図示せず）を経てガスホルダ（図示せず）に送られた後、例えば、ボイラ発電装置の燃料や水素燃料電池（図示せず）の原料として有効利用すればよい。
【００１８】
尚、バイオマス資源が大きな形状のままであるとメタン発酵等の処理を効率良く行なえない場合があるため、かかる場合には、図１に示すように、細かく破砕してペースト状にする破砕機７を経てからメタン発酵装置２で処理することが好ましい。
【００１９】
次に、この発明の処理方法について説明する。
まず、前記バイオマス資源を３０〜９０℃に加熱し、メタンガスと、残渣を含む消化液とを生成し、生成したメタンガスを分別回収する（メタン発酵工程）。
前記温度を３０℃未満では、メタン発酵菌が活動しないからであり、９０℃超えでは、メタン発酵菌が死滅するからである。
【００２０】
次いで、メタン発酵工程で生成した消化液を、温度を２５０℃超え４００℃以下の温度とし、圧力を０．０１〜１４．７ＭＰａとする高温高圧雰囲気下で加熱し、メタンガス、有機酸、油、及び残渣を含む水溶液を生成し、生成したメタンガス、有機酸及び油を分別回収する（亜臨界工程）。
前記雰囲気の温度が２５０℃以下だと、亜臨界状態にならないからであり、４００℃超えにしても、それ以上の効果の向上はなく無駄にエネルギーを浪費することになるからである。また、雰囲気の圧力が０．０１ＭＰａ未満だと、亜臨界状態にならないからであり、１４．７ＭＰａ超えだと、それ以上の効果の向上はなく無駄にエネルギーを浪費することになるからである。尚、前記圧力は、より好適には４ＭＰａ以上８ＭＰａ未満とする。
【００２１】
その後、メタン発酵装置で生成した消化液及び／又は亜臨界装置で生成した水溶液を、１０５℃以上、好ましくは２００〜１２００℃で加熱して、水蒸気及び残渣を生成し、生成した水蒸気を分別回収する（水分除去工程）。
【００２２】
そして、水分除去工程で生成した残渣を、非酸化性雰囲気下で３２０〜８５０℃の温度で加熱して、炭化物及び水素ガスを生成し、炭化物及び水素ガスを分別回収する（炭化・エネルギーガス回収工程）。
前記温度を３２０℃未満では、炭化物が生成しないからであり、８５０℃超えでは、エネルギーガスの回収ができなくなるからである。また、ここでいう非酸化性雰囲気とは、Ｎ２、Ａｒ等の不活性ガスを充填し、酸素がほとんど存在しない雰囲気を意味する。
【００２３】
本発明の処理システムを用いて、魚のアラからなるバイオマス資源１ｋｇを処理した。
この結果、本発明の処理システムで処理した場合に回収されたメタンガスの回収効率は
２０〜７０％であり、従来の処理装置で回収されるメタンガスの回収効率（３〜７％）に比べて格段に向上し、清浄化処理する必要のある最終的な残渣はほとんど生成しなかった。また、本発明の処理システムでは、メタンガスの生成に加えて、従来のメタン発酵装置では生成しない水素ガス、有機酸、バイオディーゼル燃料油などの有用な物質も生成することができた。
【００２４】
上述したところは、この発明の実施形態の一例を示したにすぎず、請求の範囲において種々の変更を加えることができる。
【００２５】
【発明の効果】
この発明によれば、植物、畜産物、魚介類またはそれらの廃棄物、あるいは生ゴミや畜産物の糞などの汚物を含むバイオマス資源の有効利用するための処理方法及び処理システムの提供が可能になった。
【００２６】
しかも、この発明では、バイオマス資源を段階的に適正に処理することにより、最終的な残渣がほとんど生成することなく、低コストで、メタンガスの生成に加えて、従来のメタン発酵装置では生成しない水素ガス、有機酸、バイオディーゼル燃料油などの有用な物質も生成することができるという顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従う代表的なバイオマス資源を有効利用するための処理システムのフローチャートを示したものである。
【符号の説明】
１  処理システム
２  メタン発酵装置
３  亜臨界装置
４  乾燥装置
５  炭化装置
６  ガスホルダ
７  破砕機
【図１】
2005052692.tif 000003