JP4461209B2 - 有機性廃棄物による発電方法及び装置 - Google Patents
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Description
(1)有機性廃棄物から生物反応によって気体燃料を生産する工程と、気体燃料を生産する工程から得られたガスを精製するガス精製工程と、精製したガスを供給して発電する発電工程とを有する有機性廃棄物による発電方法において、生物反応によって気体燃料を生産する工程から排出される残渣を含む廃液の全量又は一部を、100℃以上前記廃液の臨界温度未満の温度において、前記廃液が液相を維持する圧力の下、直流電流を供給する水熱電気分解工程に供給され、該水熱電気分解工程において回収される水素ガスを、気体燃料を生産する工程から得られたガスと併せて、又はそれぞれのガスを単独に両者とも利用することを特徴とする有機性廃棄物による発電方法。
(3)ガス精製工程がメタンを水素ガスに改質する工程を含むことを特徴とする前記(1)又は(2)に記載の有機性廃棄物による発電方法。
(4)精製したガスを供給して発電する発電工程が熱機関を利用して発電する工程であり、且つ前記水熱電気分解工程において回収される水素ガスを供給して発電する発電工程が、燃料電池を利用して発電する工程であることを特徴とする前記(1)〜(3)のいずれか1項に記載の有機性廃棄物による発電方法。
また、アンモニアが対象であると、式(2)に示すように、
2NH3 → N2+3H2・・・(2)
となり、水素ガスが発生する。すなわち、還元的な雰囲気で水熱反応と電気分解を同時に行った場合、常温常圧下とは異なり、酸素と水素が同時に発生する反応は起こらず、アンモニアから水素を安全に発生させることができる。
水熱条件で同じ電気分解反応を行うと酸素、次亜ハロゲン酸が発生せず(または発生してもすぐ消費され)有機物、アンモニアが酸化分解され、CO2、N2と水になる。この場合も陰極で水素が発生する。
なお、陰極で還元を受けた液と陽極で酸化を受けた液が混合して対極で逆の反応は起こらない。水熱電気分解では水熱の反応雰囲気が基本的には酸化性であるので、有機物、アンモニアを処理対象とする場合、反応全般としては酸化分解反応となる。
反応機構はともかく、本発明により、有機物、アンモニア等の還元性物質は酸化分解され、水素ガス又は酸素ガスの発生は抑制することができる。
図1では、有機性廃棄物(以下「原料」ともいう)5は、気体燃料生産反応槽1に供給され、この場合嫌気性反応によりメタン13を発生させる。発生したメタン13はガス精製装置14で例えば硫化水素などが除去されて精製され、その後、ガス改質装置15に入って水素16を主としたガスとされる。気体燃料生産反応槽1から出る残渣廃液6の一部は、水熱電気分解反応槽3に入り、水熱電気分解反応が行われ、生成した水素11は水素貯留槽12で貯留され、前記したガス改質装置15からの水素と合わせられて燃料電池17に供給されて電力を発生させる。
図1は、気体燃料生産反応槽1から生成したメタン13を改質することにより得た水素と、水熱電気分解反応槽3から出る水素を一緒にして使用した場合を示したが、別々の用途に使用してもよく、図2は、その1例として、メタン13をマイクロガスタービン18又はボイラー19に使用し、水熱電気分解反応槽3から出る水素11を燃料電池17に使用した場合を示したものである。
し尿、生ごみ、浄化槽汚泥、余剰汚泥の混合原料(VS10%、CODCr140,000mg/Lにプロセス処理水で濃度調整)を連続発酵型の高温メタン発酵(55℃)で有価物生産を行った。有価物生産装置として、完全混合型の高温メタン発酵槽を用いた(円筒型、ポリ塩化ビニル製、総容積30L、有効容積25L、ジャケット温水循環式、55℃、攪拌速度30/min)。原水投入量は1.2〜1.5L/日、HRTは17〜20日で行った。水質およびバイオガスの分析方法は下記の方法で行った。
・ TS(Total Solids、全蒸発残留物);105℃蒸発残留物重量(JIS K 0102)
・ VS(Volatile Solids、強熱減量);600℃強熱減量(JIS K 0102)
・ CODCr(化学的酸素消費量);重クロム酸カリウム法(JIS K 0102)
・ メタンガス・炭酸ガス;ガスクロマトグラフ(GLサイエンスGC-322、検出器TCD、TCD電流値120mA、分離カラム Active Carbon 30/60、カラム温度 95℃、キャリアガス ヘリウム)
・ 水素ガス;ガスクロマトグラフ(GLサイエンスGC-322、検出器TCD、TCD電流値50mA、分離カラム Unibeads C 60/80、カラム温度 140℃、キャリアガス アルゴン)
・ 硫化水素及びアンモニア;検知管法
2 曝気槽
3 水熱電気分解反応槽
4 固液分離槽
5 原料
6 残渣廃液
7 水熱電気分解反応処理液
8 放流水
9 返送汚泥
10 余剰汚泥
11 水素ガス
12 水素貯留槽
13 メタン主体ガス
14 ガス精製装置
15 ガス改質装置
16 水素主体ガス
17 燃料電池
18 マイクロガスタービン
19 ボイラー
Claims (5)
- 有機性廃棄物から生物反応によって気体燃料を生産する工程と、気体燃料を生産する工程から得られたガスを精製するガス精製工程と、精製したガスを供給して発電する発電工程とを有する有機性廃棄物による発電方法において、生物反応によって気体燃料を生産する工程から排出される残渣を含む廃液の全量又は一部を、100℃以上前記廃液の臨界温度未満の温度において、前記廃液が液相を維持する圧力の下、直流電流を供給する水熱電気分解工程に供給され、該水熱電気分解工程において回収される水素ガスを、気体燃料を生産する工程から得られたガスと併せて、又はそれぞれのガスを単独に両者とも利用することを特徴とする有機性廃棄物による発電方法。
- 精製したガスを供給して発電する発電工程が、燃料電池を含むことを特徴とする請求項1に記載の有機性廃棄物による発電方法。
- ガス精製工程がメタンを水素ガスに改質する工程を含むことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の有機性廃棄物による発電方法。
- 精製したガスを供給して発電する発電工程が熱機関を利用して発電する工程であり、且つ前記水熱電気分解工程において回収される水素ガスを供給して発電する発電工程が、燃料電池を利用して発電する工程であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の有機性廃棄物による発電方法。
- 有機性廃棄物から生物反応によって気体燃料を生産する装置と、気体燃料を生産する工程から得られたガスを精製するガス精製装置と、気体燃料を生産する工程から排出される残渣を含む廃液の全量又は一部が供給される、100℃以上前記廃液の臨界温度未満の温度において、前記廃液が液相を維持する圧力の下、直流電流を供給する水熱電気分解装置と、前記精製したガス及び前記水熱電気分解装置において回収される水素ガスを供給して発電する発電装置とを有することを特徴とする有機性廃棄物による発電装置。
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