有機廃棄物バイオガスプロジェクトはどのように原料を確保するのか
作成日 09.08
有機廃棄物バイオガスプロジェクトはどのように原料を確保するのか
有機性廃棄物バイオガスプロジェクトでは、タンクを発注する前に、利用可能な廃棄物と消化槽の容積および滞留時間のバランスを取ることで原料を確保する。35～38 °Cの中温運転では、水理学的滞留時間はおよそ20～30日で一般的なケースをカバーし、典型的な下水汚泥では除去された揮発性固形物1キログラムあたり約0.5～0.6 m³のバイオガスが得られる。貯蔵側は大気圧に保つ必要がある。ガスは柔軟なカバーによってわずか数キロパスカルの圧力で保持され、逃し弁と消炎器を備えているため、消化槽の外殻とガスシステムは一つのプラントでありながら、別々の設計範囲となる。
バイオガスプラントの初年度は通常、消化槽ではなく原料によって決まる。廃棄物ストリームを引き継いでガス販売契約を締結したプロジェクトが、その後になって供給業者の季節変動パターン、輸送距離、あるいは単に廃棄物の搬入量が槽容積の想定の三分の二であることに気づく。そのような状況でエンジニアの仕事は、槽を大きくすることでも契約を再交渉することでもなく、原料バランスを紙の上に置くことである。すなわち、何を1日何トン、全固形分はいくらで、どのくらいの頻度で搬入され、どのくらいの期間保持されるのか。ひとたびそのバランスが現実のものになれば、槽容積、滞留時間、ガス貯蔵量は算術として導かれる。これが、有機廃棄物バイオガスプロジェクトが推測なしに原料を確保する方法である。ひとたびバランスが現実のものになれば、槽容積、滞留時間、ガス貯蔵量は算術として導かれる。調達の観点では、有機廃棄物バイオガスプロジェクトがどのように原料を確保するかは、その紙の上のバランスによって答えられ、廃棄物ストリームが測定される前に決められた槽容積によって答えられるのではない。
まず原料バランスを構築する
トンネージ、全固形分、搬入パターンは、プラントの規模を決定する三つの数値である。まず利用可能な廃棄物ストリームとその乾物含有率から始める。食品加工ストリームは全固形分8～12パーセントで搬入されることがあり、都市下水汚泥は3～5パーセント、作物残渣ははるかに高いが季節的にしか利用できない。日量トンネージに全固形分率を掛けて利用可能な揮発性固形分を求める。なぜならバイオガス収率は除去された揮発性固形分1キログラム当たりで表されるからである。次に搬入パターンを確認する。連続パイプラインは週一回の単独搬入とは全く異なり、その差こそが均等化貯留が吸収しなければならないものである。タンクの図面を描く前にこの三つすべてを書き留めよ。なぜならタンク容積と供給システムは、二つの端から見た同一の決定だからである。
消化槽容量、滞留時間、収率
滞留時間は、廃棄物をガスに結びつける設計変数である。35～38 °Cの中温運転では、都市および産業有機廃棄物に対して20～30日程度の水理学的滞留時間が通常の基準であり、負荷が高度に分解可能な場合はより短い時間が可能であり、固形物が難分解性の場合はより長い時間が必要である。計画の目安となる収率は、典型的な都市汚泥では除去された揮発性固形物1キログラムあたり約0.5～0.6 m³のバイオガスであり、下水汚泥では除去された揮発性固形物1キログラムあたり約0.3～0.5 m³のメタンである。日々の揮発性固形物負荷に選択した滞留時間を掛けて有効容積を求め、その後、余裕高および泡、スカム、沈降性砂のための空間を追加する。なぜなら、スカムで満たされた消化槽は、液面を失うことなくガス空間を失っているからである。
貯蔵、カバー、大気圧境界
ガス側を数キロパスカルに保てば、プラント全体がよりシンプルになる。ガラス融着鋼消化槽は大気圧シェルであり、ガスは容器を加圧せず、柔軟なカバーを膨らませるかガスホルダーを押しのけ、圧力は逃し装置をバックストップとして数キロパスカルの範囲内に保持される。だからこそカバー条項は仕様書に含まれるべきである。外膜と内膜がガス空間を形成し、内膜はキロパスカル範囲の公称ガス圧力に耐える定格であり、圧力安全弁とフレームアレスタが境界を保護する。混合も同じ範囲に属する。混合がなければ、上部にスカム層が形成され、底部に砂が沈降し、どちらも有効容積を減少させ、ガス取り出しを閉塞する可能性があるからである。
技術仕様
パラメータ | 標準値／範囲 | 備考 |
中温運転温度 | 35～38 °C | 標準的な中温消化の範囲 |
水力滞留時間 | 20～30日 | 都市および産業有機廃棄物に典型的 |
バイオガス収率、都市下水汚泥 | 除去VSあたり0.5～0.6 m³/kg | ガス生産の計画基準 |
メタン収率、下水汚泥 | 除去VSあたり0.3～0.5 m³ CH₄/kg | 分解性に依存 |
ガス圧力境界 | 数kPaで保持 | フレキシブルカバー、大気圧シェル |
逃しおよび保護 | 圧力安全弁、フレームアレスタ | ガス側保護 |
ホーロー融着温度 | 820～930 °C | ガラス溶融鋼板タンクシェル |
エナメル層の厚さ | 0.25～0.45 mm | 3450 N/cm²以上に定格 |
消化槽周辺の貯蔵バッファのサイジング
原料貯蔵、消化液貯蔵、ガス貯蔵は、それぞれ異なる計算です。原料貯蔵は、搬入パターンと連続投入の間のギャップを埋めるものです。週2回搬入される原料の場合、週末も消化槽に投入し続けるための十分なバッファーと、故障時の余裕分が必要です。消化液貯蔵は、散布または処理のカレンダーに従い、多くの場合、数か月に及びます。ガス貯蔵は、消化槽の容積ではなく、ガス発生速度と最小限使用可能なカバー容積からサイズを決定し、余剰分は配分の問題としてフレアまたはボイラーへ送られます。パネルシステムはボルト締め式で、パネルは平らな状態で輸送されるため、サイトでは消化槽を1基設置して稼働させ、原料供給契約の拡大に合わせて2基目の槽を追加することができます。これは、供給契約に依存するプラントでは、多くの場合、よりリスクの低い道筋です。
プロジェクト事例
プロジェクト | 所在地 | 製品 | 容量 | 範囲 |
豆製品廃水嫌気性セクション | 中国・河北 | GFS消化槽＋カバー | 嫌気性プロセスセクション | 供給＋プロセス統合 |
醸造廃水シリーズ | 中国・四川 | GFSタンク | 14,655 m³ | 供給＋建設支援 |
産業廃水シリーズ | 中国・新疆 | GFSタンク | 27基のタンクで合計30,469 m³ | 供給＋設置監督 |
都市下水シリーズ | 中国・四川 | GFSタンク | 10基で17,420 m³ | 供給＋試運転支援 |
Center Enamelのエンジニアリング能力
センターエナメル（石家荘正中科技有限公司）は、2008年からボルト締め貯蔵タンクの設計と製造を行っています。中国初のガラス融着鋼（GFS）タンクメーカーとして、同社は約200件のエナメル関連特許を保有し、年間約30万枚のエナメルコーティング鋼板を生産し、30,000件以上の設置プロジェクトを完了し、100カ国以上にタンクを供給しています。生産能力を高めるために新たに150,000 m²の生産拠点が追加され、単一タンクは最大60,000 m³まで供給可能です。製造はISO 9001およびISO 45001の下で運用され、製品認証にはNSF/ANSI 61、WRAS、FDA、LFGB、CE（EN 1090）、ISO 28765、FM、BSCI、EUROCODEが含まれ、用途に応じてAWWA D103-09、AWWA C550、NFPAを参考に設計されています。
嫌気性およびバイオガス用途では、ダイジェスターシェル、気密膜屋根の統合、および上記のキロパスカルレベルの圧力境界をカバーし、滞留期間中の有効ガス量を保護する混合および供給分配も含まれます。
よくある質問
Q1：プロジェクトに十分な原料があるかどうかを決める要因は何ですか？
A1: ディジェスターの有効容積に対する日間揮発性固形物負荷と、選択された滞留時間。廃棄物が滞留時間の計算で想定された量を下回る場合、プラントは過大設計となり、ガス予測は達成されません。
Q2: どの滞留時間を計画すべきですか？
A2: 一般的な都市ごみおよび産業有機廃棄物を用いた35～38 °Cの中温発酵運転では、約20～30日です。分解性の高い負荷ではより短い時間が可能であり、固形物の加水分解が困難な場合はより長い時間が必要です。
Q3: ディジェスターは圧力の観点からどのように運転されますか？
A3: 大気圧レベルです。フレキシブルカバーはガスを数キロパスカルで保持し、圧力安全弁とフレームアレスタが境界を保護します。シェル自体は圧力容器として扱われることはありません。
Q4: カバーはどのような役割を果たす必要がありますか？
A4: 液面上方に気密で柔軟な境界を形成し、指定された公称圧力を低キロパスカル範囲で保持し、風荷重および雪荷重をシェルに伝達し、ガス雰囲気および下流の脱硫設備と適合させる必要があります。
Q5: 硫化水素はタンクの問題ですか？
A5: エナメルはpH 1～14の範囲内で硫化物条件に十分耐え、滑らかな表面はバイオフィルムを保持しにくくなっています。H₂Sの除去は下流のガス処理の問題であり、塩化第二鉄または乾式脱硫を使用してエンジンやボイラーを保護します。
Q6: 原料不足にプラントはどのように対応すべきですか？
A6: 設計流量を下回る運転をするよりも、2基目の並列槽を追加するか、既存槽の滞留時間を増やすべきです。なぜなら、負荷を下回る投入では消化槽のガス発生量が単純に減少するからです。ボルト締め式のシェルは並列化の選択肢を実用的にします。
Q7: 30年間で重要な検査は何ですか？
A7: カバー膜の状態と固定、初回充填後および1年後のボルトトルク、撹拌装置とスカム層の深さ、ガス取出し装置と安全弁、さらに各停止時の内部エナメル表面の目視確認です。
原料供給の安定性は、タンク発注前に済ませておく算術的な検討課題である。日量トン数、総固形物、揮発性固形物負荷、搬入パターン、滞留時間、ガス発生量が相まって、消化槽の容積とその周辺のバッファーが決まる。35～38 °Cでの中温運転、20～30日の滞留時間、除去された揮発性固形物1キログラム当たり約0.5～0.6 m³の発生量が一般的な計画基準であり、ガス空間を数キロパスカルに保つことで、外殻構造はシンプルになり、安全範囲も明確になる。供給契約が許す場合は、まず1基を設置し、廃棄物の受け入れが確保できた段階で2基目を追加する。原料のインベントリと搬入パターンを送っていただければ、プラント容積は自ずと決まる。
エンジニアに相談する
利用可能な廃棄物ストリームをトン数と全固形分、搬入パターンと季節変動、必要なガス出力または代替エネルギー、サイトの気候と敷地、およびガスの最終用途とともに送付してください。エンジニアリングチームは、消化槽の容量と滞留時間の推奨、投入物および消化液の貯留サイズ、圧力逃し装置とアレスター配置を伴うカバーおよび圧力境界の提案、撹拌およびガス取り出しのレイアウト、ならびに段階的搬入計画を返答します。別のシェル材料がプロセスにより適合する場合、その選択肢が理由とともに併記されます。
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