バイオガスアップグレーダーは、バイオガス中のメタンを再生可能天然ガス（REG）に濃縮する設備です。このシステムは、バイオガスから二酸化炭素、硫化水素、[1]、水、および汚染物質を除去します。この方法の一つとして、アミンガス処理が用いられます。アミンガス処理は天然ガスと互換性があります。
| 成分 | 範囲 | 平均 |
|---|---|---|
| メタン | 45～70% | 60% |
| 二酸化炭素 | 25～55% | 35% |
| 水蒸気 | 0～10% | 3.1% |
| 窒素 | 0.01～5% | 1% |
| 酸素 | 0.01～2% | 0.3% |
| 水素 | 0～1％ | 1%未満 |
| アンモニア | 0.01～2.5 mg/m 3 | 0.7 mg/m 3 |
| 硫化水素 | 0～30,000 mg/m 3 | 500 mg/m 3 |
解決策は、バイオガスのアップグレードまたは精製プロセスの利用です。これにより、生のバイオガス流中の汚染物質が吸収または洗浄され、単位体積あたりのメタン含有量が増加します。アップグレードには主に4つの方法があります。水洗浄、圧力スイング吸着、セレクソル吸着、アミンガス処理です。
水洗い
最も一般的な方法は水洗浄法で、高圧ガスをカラムに流し込み、ガスと逆流する水をカスケード状に流すことで二酸化炭素やその他の微量元素を洗浄します。この方法では、システム内でのメタン損失が最大2%とメーカーが保証しており、98%のメタンを生成できます。バイオガス精製システムの稼働には、ガスの総エネルギー出力の約3%から6%が必要です。
圧力スイング吸着
バイオガス用の典型的なPSAシステムは、水蒸気、二酸化炭素、窒素、酸素のそれぞれに1段階ずつ、計4段階に分かれています。[2]精製対象のガスは各容器に入り、高圧まで圧縮されます。これにより、除去対象のガスが吸着剤の表面に吸着されます。その後、減圧されてメタンが除去されます。その後、吸着剤は再生されます。酸素には分子ふるい、窒素にはゼオライト、二酸化炭素と水にはゼオライトまたは活性炭が使用されます。
セレキソル
Selexolプロセス（現在UOP LLCがライセンスを取得）では、Selexol溶媒が比較的高圧（通常300～2000 psia（2.07～13.8 MPa））で原料ガス中の酸性ガスを溶解（吸収）します。酸性ガスを含むリッチソルベントは、その後、加圧または蒸気蒸留によって放出・回収されます。Selexolプロセスは、硫化水素と二酸化炭素を別々のストリームとして選択的に回収できるため、硫化水素はクラウスユニットに送って元素硫黄に変換するか、WSAプロセスユニットに送って硫酸に変換することができます。同時に、二酸化炭素は隔離するか、石油増進回収に使用することができます。
Selexolは物理溶剤であり、酸性ガスとの化学反応を利用するアミン系酸性ガス除去溶剤とは異なります。化学反応を伴わないため、Selexolは通常、アミン系プロセスよりもエネルギー消費量が少なくて済みます。しかし、供給ガス圧力が約300 psia（2.07 MPa）未満の場合、Selexolの溶剤容量（溶剤体積あたりの酸性ガス吸収量）は低下するため、通常はアミン系プロセスの方が優れています。
アミンガス処理装置
この技術では、 H 2 S または H 2 S と CO 2の両方を除去できます。
このようなガスのアミン処理に関わる化学反応は、使用されるアミンの種類によって多少異なります。最も一般的なアミンの一つであるモノエタノールアミン（MEA）（RNH 2と表記）の場合、化学反応は次のように表されます。
- RNH 2 + H 2 S RNH+
3+ SH −
典型的なアミンガス処理プロセスは、吸収ユニットと再生ユニットから構成されます。吸収ユニットでは、下降するアミン溶液が上昇する酸性ガスからH 2 SとCO 2を吸収し、硫化水素と二酸化炭素を含まないガス流と、吸収された酸性ガスを豊富に含むアミン溶液を生成します。得られた「リッチ」アミンは、再生ユニット（リボイラーを備えたストリッパー）に送られ、再生アミン（リーンアミン）が生成されます。このアミンは吸収ユニットで再利用されます。再生ユニットからストリッピングされたオーバーヘッドガスは、濃縮されたH 2 SとCO 2です。
膜ベースのガス透過システム
膜ベースのバイオガス精製システムは、膜繊維におけるガスの透過性の違いを利用します。バイオガスが高密度ポリマー膜を通過する際、CO 2は透過を阻止され除去されますが、CH 4は透過します。膜ベースのガス透過システムは電力のみを消費し、化学薬品や水は一切必要としません。最終ガス中のメタン含有量を最大99%に高めるために、ガスは連続した膜群を通過します。膜はバイオガス中の水分やその他の不純物に敏感であるため、ガス透過/膜システムでは効率的な前処理（特にH 2 Sと水分の除去）が必要です。
目的とバリエーション
バイオガスコージェネレーションプラントなどでの使用に必要な粗バイオガスの基本処理と、天然ガス品質（バイオメタン）を得るために必要なより高度な処理とを区別することができます。上の表は、一次処理後の粗バイオガスとバイオメタンの組成を示しています。粗バイオガスの成分は、基質、プラントの設計、その他の要因によって大きく異なります。バイオメタンの性質は、対応する天然ガスの品質に合わせて調整されます。
バイオガスは、主にバイオ ガスコージェネレーションプラントで直接使用されます。この際、CHP（コージェネレーションシステム）の腐食を防ぐため、脱硫と乾燥が必要です。バイオガスを天然ガスネットワークに供給したり、燃料として使用したりするには、より包括的な処理が必要です。乾燥と脱硫に加えて、二酸化炭素を除去し、天然ガスの仕様を満たす特性を得るために化学調整を行う必要があります。このバイオメタンは天然ガスネットワークに注入され、年間を通して高い熱需要がある プールなど、熱を利用できる場所でCHPによって電気と熱に変換されます 。
天然ガス「グリッド」を使用すると、小売顧客はガス供給契約で一定量のバイオメタンガスを購入することもできるようになります。
参照
参考文献
- ^ バイオガスのアップグレード技術の評価、マルガレータ・パーソン、2003年10月、ルンド大学環境工学部
- ^ Zafar, Salman. 「バイオガスアップグレードのためのPSAシステム」Energy Consult . 2013年12月31日閲覧。
