燃烧系统技术方案

本发明专利技术的目的是实现可获得稳定的输出、且节能的生物气燃烧系统。提供一种燃烧系统，具备：分离部(14)，从以甲烷为主成分并含有二氧化碳的混合气体作为成分的被处理气体中去除二氧化碳，并获得至少二氧化碳的含量降低的高纯度甲烷气体；以及燃烧部(15)，使甲烷气体燃烧，分离部(14)具有经由分离膜(13)所分隔的第1处理室(11)及第2处理室(12)，分离膜(13)是以下的构成：使被供给至第1处理室(11)的被处理气体中的二氧化碳选择性地向第2处理室(12)透过，而获得甲烷纯度比被处理气体高的第1处理室(11)内的第1分离气体、以及含有被处理气体中的二氧化碳的第2处理室(12)内的第2分离气体。

combustion system

The aim of the invention is to achieve a stable output and energy saving biogenic gas combustion system. A combustion system is provided, comprising: a separation section (14), which removes carbon dioxide from the treated gas consisting mainly of methane and a mixture containing carbon dioxide, and obtains a high purity methane gas with at least a reduction in carbon dioxide content; and a combustion section (15), which combusts methane gas, and a separation section (14). Separation membranes (13) consist of a first treatment chamber (11) and a second treatment chamber (12) separated by separation membranes (13). The separation membranes (13) consist of the following components: selectively permeating carbon dioxide from the treated gas supplied to the first treatment chamber (11) to the second treatment chamber (12), and obtaining the first separation gas in the first treatment chamber (11) with a higher purity of methane than the treated gas. And the second separation gas in the second processing chamber (12) containing the carbon dioxide in the treated gas.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】燃烧系统
本专利技术涉及燃烧由生物质、有机性废弃物等有机物的甲烷发酵所获得的生物气等以甲烷作为主成分并包含二氧化碳的气体而获得能量的燃烧系统。
技术介绍
近年来，将通过生物质、下水道污泥等有机性废弃物的甲烷发酵所获得的生物气作为新能源运用受到瞩目。该生物气作为代替化石燃料的物质被用于发电或锅炉等用途。生物气通常除了甲烷以外，含有约40％左右的二氧化碳，这根据甲烷气体的制造条件(发酵条件)而有所变动。另外，微量含有硅氧烷、硫化氢等硫化物，在使用时需要去除。例如，对于来自以较大规模的设备所处理的下水道污泥的消化气体而言，含有硫化氢(H2S)这样的硫化物或硅氧烷等许多杂质。另外，对于设定为小规模设备的使家畜排泄物、垃圾等进行甲烷发酵而得的生物气的情况而言，可认为：因各个设备的不同或气体制造条件的不同，会存在各种微量成分(油分、微量元素：V、Pb、Cl等、乙烷、丙烷、二烯类、苯、甲苯等)，其量或浓度也不同。这些微量杂质会对燃气发动机的性能或耐久性造成影响。在生物质燃气发动机中，生物气中的二氧化碳会导致燃气发动机输出降低及热效率降低。进而，根据生物气组成的变动内容或程度，需要发动机调整作业。使用甲烷与二氧化碳的混合气体作为燃料的生物质燃气发动机的输出及热效率随着二氧化碳浓度的增加而大幅减少。例如，燃气发动机在使用包含40％的CO2的混合气体的情况下，与使用纯度100％的甲烷燃料相比，发动机输出低40％，热效率也低14％。即，意味着即使使用100kW的天然气发动机也仅能有60kW的输出，换言之，若需要100kW的输出，则必须有170kW的天然气发动机。结果是，由于发动机的设备成本几乎与输出成比例，因此设备费将增加70％。另外，因热效率低14％，因此与天然气发动机相比燃料费将增加16％左右。因此，生物气用的发动机的初期成本、运转成本皆高。专利文献1记载了一种生物气发电装置，其根据将生物气供给至发动机的压力，控制所驱动的燃气发动机的总数及剩余气体燃烧装置的驱动。专利文献2记载了一种发电方法，其将由生物质、有机性废弃物等有机物的甲烷发酵所获得的消化气体中的二氧化碳使用碱性吸收液进行吸收分离，并将纯度高的甲烷气体供给至发动机。专利文献3记载了一种预混合式燃气发动机的控制方法，其在以生物气那样的在运转中性状产生变化的气体作为燃料的燃气发动机中，在排气气体的温度不在预先设定的范围的情况下，对空燃比进行补偿控制，由此防止发动机的失火或燃烧异常。专利文献4及专利文献5涉及将生物气与都市燃气(天然气)的混合气体作为燃料的发动机的燃烧控制，专利文献4中根据排气气体中的氧浓度、专利文献5中根据排气气体的温度来调整生物气的混合比率，由此抑制发动机的输出降低，能够稳定地燃烧发热量发生变动的生物气。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2010-209706号公报专利文献2：日本特开2002-275482号公报专利文献3：日本特开2012-13011号公报专利文献4：日本特开2012-242011号公报专利文献5：日本特开2013-163984号公报
技术实现思路
专利技术要解决的课题如上所述，生物气根据甲烷气体产生时的条件(发酵条件)而产生量、成分不稳定，因此使用生物气作为燃料时，燃烧变得不稳定，有无法获得稳定的输出的情况。为了获得稳定的输出，需要发动机的大型化、或根据气体组成的变动对发动机进行控制、调整的机构，而会导致发动机的高成本化。进而，复杂且需要长时间的发动机调整作业对于用户及制造者而言是很大的负担、风险要因。为了解决上述问题，可认为：若将从生物气去除二氧化碳成分的气体供给至发动机，则气体质量会接近普通的天然气，因此，无须调整而能够降低成本。然而，现有的化学吸收法、高压水吸收法、PSA等均价格昂贵且需要大型的设备、能量，因此会损及使用生物气所获得的环境上的优点。作为一例，据报道：在将下水道消化气体通过高压水吸收法转换为高纯度的甲烷气体，用作天然气汽车等的燃料的情况下，660Nm3/h的消化气体的处理的精制设备的费用为约15亿3000万日元。660Nm3/h的消化气体相当于2000kW的生物质燃气发动机的额定燃料，且因2000kW的生物质燃气发动机本身的价格现在约为4亿日元左右，因此利用现有的高压水吸收法的CO2去除会使燃气发动机的成本成为约5倍。另外，在高压水吸收法中，为了去除CO2，每1Nm3的CO2需消耗约1kW的能量，该耗量相当于通过生物气的甲烷燃烧所获得的能量的约15％。如此一来，利用现有的水吸收法的CO2去除所需要的能量与由CO2去除所带来的燃气发动机的效率提升效果相抵消。因此，本专利技术的目的在于提供一种燃烧系统，其即使在使用将生物气等以甲烷为主成分并含有二氧化碳的气体用作燃料气体的发动机的情况下，也无需复杂的发动机调整作业便能够获得稳定的输出，并且，不需要用于去除二氧化碳的消耗大量能量的工序，而能够享有使用生物气所带来的环境优点。用于解决问题的手段为了达成上述目的，本专利技术的燃烧系统的第1特征为：一种燃烧系统，具备：分离部，从以甲烷为主成分并含有二氧化碳的混合气体作为成分的被处理气体中去除二氧化碳，并获得至少二氧化碳的含量降低的高纯度甲烷气体；以及燃烧部，使甲烷气体燃烧，上述分离部具有经由分离膜所分隔的第1处理室及第2处理室，上述分离膜是以下的构成：使被供给至上述第1处理室的上述被处理气体中的二氧化碳选择性地向上述第2处理室透过，而获得甲烷纯度比上述被处理气体高的上述第1处理室内的第1分离气体、以及含有上述被处理气体中的二氧化碳的上述第2处理室内的第2分离气体。如上述第1特征所述的本专利技术的燃烧系统，其第2特征为：进而优选上述分离膜为添加有与二氧化碳选择性地反应的载体的促进输送膜。如上述第2特征所述的本专利技术的燃烧系统，其第3特征为：进而优选具备：水蒸气供给部，向上述第1处理室供给水蒸气，含有由上述水蒸气供给部所供给的水蒸气的上述混合气体作为上述被处理气体被供给至上述第1处理室。如上述第3特征所述的本专利技术的燃烧系统，其第4特征为：进而优选上述水蒸气供给部将水蒸气供给至上述第1处理室，上述水蒸气是通过与上述燃烧部中的甲烷燃烧所生成的高温排气的热交换将水加热而生成的。如上述第3或第4特征所述的本专利技术的燃烧系统，其第5特征为：进而优选上述水蒸气供给部将上述燃烧部中的甲烷燃烧所生成的排气所含的水蒸气供给至上述第1处理室。如上述第3至第5中任一特征所述的本专利技术的燃烧系统，其第6特征为：进而优选还具备：排气供给部，将含有上述燃烧部中的甲烷燃烧所生成的二氧化碳及水蒸气的排气的至少一部分与上述混合气体混合，并作为上述被处理气体供给至上述第1处理室。如上述第3至第6中任一特征所述的本专利技术的燃烧系统，其第7特征为：进而优选还具备：水蒸气去除部，从上述第1分离气体将水蒸气去除，并将去除了水蒸气的上述第1分离气体供给至上述燃烧部。如上述第7特征所述的本专利技术的燃烧系统，其第8特征为：进而优选上述水蒸气供给部将由上述水蒸气去除部所去除的水蒸气供给至上述第1处理室。如上述第2至第8中任一特征所述的本专利技术的燃烧系统，其第9特征为：进而优选还具备：吹扫气体供给部，向上述第2处理室供给吹扫气体。如上述第9特征所述的本专利技术的燃烧系统，其第10特征为：进而优选上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃烧系统，其特征在于，具备：分离部，从以甲烷为主成分并含有二氧化碳的混合气体作为成分的被处理气体中去除二氧化碳，并获得至少二氧化碳的含量降低的高纯度甲烷气体；以及燃烧部，使甲烷气体燃烧，所述分离部具有经由分离膜所分隔的第1处理室及第2处理室，所述分离膜是以下的构成：使被供给至所述第1处理室的所述被处理气体中的二氧化碳选择性地向所述第2处理室透过，而获得甲烷纯度比所述被处理气体高的所述第1处理室内的第1分离气体、以及含有所述被处理气体中的二氧化碳的所述第2处理室内的第2分离气体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.09 JP PCT/JP2016/0574531.一种燃烧系统，其特征在于，具备：分离部，从以甲烷为主成分并含有二氧化碳的混合气体作为成分的被处理气体中去除二氧化碳，并获得至少二氧化碳的含量降低的高纯度甲烷气体；以及燃烧部，使甲烷气体燃烧，所述分离部具有经由分离膜所分隔的第1处理室及第2处理室，所述分离膜是以下的构成：使被供给至所述第1处理室的所述被处理气体中的二氧化碳选择性地向所述第2处理室透过，而获得甲烷纯度比所述被处理气体高的所述第1处理室内的第1分离气体、以及含有所述被处理气体中的二氧化碳的所述第2处理室内的第2分离气体。2.根据权利要求1所述的燃烧系统，其特征在于，所述分离膜为添加有与二氧化碳选择性地反应的载体的促进输送膜。3.根据权利要求2所述的燃烧系统，其特征在于，具备：水蒸气供给部，向所述第1处理室供给水蒸气，含有由所述水蒸气供给部所供给的水蒸气的所述混合气体作为所述被处理气体被供给至所述第1处理室。4.根据权利要求3所述的燃烧系统，其特征在于，所述水蒸气供给部将水蒸气供给至所述第1处理室，所述水蒸气是通过与所述燃烧部中的甲烷燃烧所生成的高温排气的热交换将水加热而生成的。5.根据权利要求3或4所述的燃烧系统，其特征在于，所述水蒸气供给部将所述燃烧部中的甲烷燃烧所生成的排气所含的水蒸气供给至所述第1处理室。6.根据权利要求3～5中任一项所述的燃烧系统，其特征在于，还具备：排气供给部，将含有所述燃烧部中的甲烧燃烧所生成的二氧化碳及水蒸气的排气的至少一部分与所述混合气体混合，并作为所述被处理气体供...

【专利技术属性】
技术研发人员：冈田治，花井伸彰，颜鹏，松尾英晃，
申请(专利权)人：株式会社新生能源研究，
类型：发明
国别省市：日本,JP