成果報告書詳細
管理番号20110000001340
タイトル平成20年度~平成22年度成果報告書 新エネルギーベンチャー技術革新事業/新エネルギーベンチャー技術革新事業(バイオマス)/精製バイオガスの高効率輸送と導管供給に向けた技術開発
公開日2011/8/30
報告書年度2008 - 2010
委託先名吸着技術工業株式会社 山鹿都市ガス株式会社 株式会社日本総合研究所
プロジェクト番号P10020
部署名技術開発推進部
和文要約本事業は、高効率な精製バイオガスの輸送技術の開発を目標とし、当社(吸着技術工業(株))、山鹿都市ガス(株)、(株)日本総合研究所との異業種連携により実施された。H20年度は、大きいメタン吸着量を有する改良活性炭ADS48粒度分布調整品を開発した。これを、試作した容量10Lのベンチスケール試験装置に充填し、メタン貯蔵試験を実施した結果、-30℃, 1 MPa未満で80 mlN/mlを超えるメタン貯蔵量が得られた。また、精製バイオガスの組成と特性(熱量、燃焼速度、ウオッベ指数)測定を行い、バイオガスが一般家庭の燃焼機器で都市ガスの原料として安全に利用できることが確認された。H21年度では、継続的なメタン吸着剤の改良を行いながら、容量1 m3のメタン吸蔵容器プロトタイプ機と5 m3N/h処理量の2塔式PSA-メタン精製装置を設計、製作した。山鹿市バイオマスセンターでバイオガスの精製、吸蔵実証試験を行ったところ、メタン貯蔵量は目標の80 m3N/m3に達していることが確認された。さらに、精製装置と貯蔵装置を一体化して3 tonトラックに搭載し、山鹿市バイオマスセンターで発生したバイオガスを精製、貯蔵し、貯蔵した精製バイオガスを山鹿都市ガスに運搬して、導管供給ミニモデル試験装置に供給した。精製バイオガスを主原料として(85 vol%)、これにLPG 15 vol%を添加して、都市ガス13A相当の混合ガスに熱量調整して導管供給ミニモデルに導入した。導管より供給されたガスの燃焼試験を行ったところ、全てのガス器具において燃焼は良好で一酸化炭素等の排ガス濃度も規定値以内であり、精製バイオガスが安全に利用できることが確認された。H22年度では、 VPSA-メタン精製装置について、高濃度メタン精製における、PSA工程の検討による、メタンの回収率の大幅な向上を図った。精製バイオガス中のCO2が2 vol%において、メタンの回収率が98%に達した。課題のバイオガスに含まれる酸素、窒素の除去を試みたが、効果が現れたものの、さらに長期な継続的な検討が必要と思われる。山鹿市バイオマスセンターでバイオガスの精製、吸蔵実証試験を6ヶ月間行ったところ、実用化の障害となる要因は発現せず、装置の長期にわたる安全で安定した運転が可能なことが確認された。さらに、前年度のミニモデルでの燃焼試験を継続して実施した。燃焼試験は、圧縮天然ガス、P13A、LPG、精製バイオガスの混合ガスで行った。各ガスとも良好な燃焼を示し、都市ガスの原料として十分利用できることが確認できた。試験結果に基づいて本メタン貯蔵法の経済性を評価した結果、設備費とランニングコストのいずれも既存法に対して優位にあると評価された。また、精製メタン1m3を消費する場合、CO2削減可能量は1.734 kgであり、都市ガス13Aの消費と比較するとCO2排出の削減率は79%になることがわかった。本研究のメタン精製、貯蔵、輸送、導管供給試験で得られた知見および、バイオガス有効利用システムの経済性、市場性の調査結果に基づき、ビジネスモデル策定した。コストダワン(継続的な吸着剤改良による装置のコンパクト化、装置各部の合理化など)による競争力の向上、利用しやすい車上搭載型精製、貯蔵一体化装置の実現によるユーザーへの精製バイオガス供給範囲の拡大、商業化を前提とした装置完成度向上などの具体的な事業化計画を立案した。
英文要約Although biogas production is a promising means of achieving multiple environmental benefits as an alternative fuel, there has been a delay in the development of an effective methane gas storage and transportation technology. In this work, we undertake to develop an effective adsorption storage technology for purified methane from biogas from the view of the efficient use of biogas. We report here a new methane adsorption storage technology at low temperatures and low pressures. A high-performance activated carbon methane adsorbent, on which the adsorption amount of methane over 80 m3N/m3, has been developed. A Vacuum Pressure Swing Adsorption (VPSA) biogas purification equipment with a throughput of 5 m3N/h was manufactured. Carbon dioxide, hydrogen sulfide, oxygen and nitrogen can be adsorbed with our own developed adsorbents. The concentration of the gas extracted from the top of the adsorption tower can reach around 95 vol% of methane with recovery ratio over 90 %. A 1 m3 prototype storage cylinder was manufactured to which the high-performance methane adsorbent was loaded. The VPSA-methane purification equipment and methane storage cylinder were integrated and loaded on a 3 ton truck. The equipment was used for biogas storage evaluation experiment in the Biomass Center of Yamaga City, Kumamoto prefecture. During gas charging process, the adsorption heat causes a rise of adsorbent temperature since adsorption is an exothermic process. To solve this problem, the heated methane gas was allowed to flow continuously through the outlet of the storage cylinder after the cylinder pressure reached the expected value. In this way adsorption heat is emitted to the out of the storage cylinder. As a result, the thermal effect on charging gas is decreased and methane gas could be charged to the storage cylinder with an expected capacity. The storage capacity reached 80 m3N-methane/m3-adsorbent at a pressure lower than 1 MPa at 243 K. The methane gas charging rate, pressure and temperature of the inside of the storage cylinder, gas component before and after the storage, were measured. The evaluation experiment was carried out for longer than 6 months with repeating charging-discharging upgraded biogas. A stable performance for both VPSA-methane and methane storage cylinder was confirmed. The purified biogas was also transported to premises of Yamaga Toshi Gas, which is about 5 km far from the Biomass Center, to be used for a model pipeline supply experiment. Combustion experiments of biogas from the pipeline were carried out using general household combustion appliances such as gas cooking stoves, water boilers, fan heaters, infrared space-heaters etc.. Good and stable combustion appearances were observed for all of combustion appliances mentioned above. No hazardous substance was detected from the exhaust gas. It is shown that the storage cylinder developed in this work is featured by compact, low running and initial cost. Also, the vehicle-installed equipment is expected for promising practical applications.
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