甲烷气的制造方法技术

一种由有机废弃物制造甲烷气的方法，其含有：通过超临界水和亚临界水中的至少一方将有机废弃物低分子化处理的步骤；和使上述低分子化处理物进行甲烷发酵的步骤。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种由有机废弃物制造甲烷气的方法。
技术介绍
每天都产生大量来自于食品废弃物和污水等处理的活性淤泥(有机废弃物)，分别产生例如食品废弃物约为2000万吨/年、污水活性淤泥约为9000万吨/年的量。具有将这些有机废弃物焚烧、掩埋处理，没有得到有效地利用的现状。进而，焚烧处理中的脱水步骤是必须的，但其成本变得非常庞大。而且，可以预想还有焚烧处理后的最终废弃物掩埋地的问题，并且在数年后不能确保还有足够的掩埋地。因而，必须要有再次有效地利用、再次资源化有机废弃物的方法。作为再利用有机废弃物的尝试，提出了例如用超临界水和亚临界水中的至少一种处理鱼废料等，低分子化为醋酸等(例如参照特开平11-342379号公报和特开2002-18393号公报)。但是对于分离回收这种方法得到的醋酸等并再利用这一点，需要确立进一步的技术，这方面技术目前并不实用。另一方面，也在尝试所谓的甲烷发酵污水活性淤泥、能量回收。在由象活性淤泥这样复杂的有机化合物直到甲烷发酵的反应路线中，必须具有例如下述1)～4)的过程。1)在水解条件下慢慢地将复杂的有机化合物分解成简单的有机物。2)在酸生成细菌的发酵作用下将简单的有机酸制成挥发性有机酸。3)在专性烃生成性醋酸生成菌存在下将碳原子为3个或以上的长链的挥发性有机酸转化成醋酸和H2。4)通过甲烷生成菌将生成的醋酸和H2转化成CH4。在现有技术中，因为是通过细菌作用分解象污水活性淤泥这样的复杂有机化合物，所以需要非常长的时间。而且，普通的甲烷发酵多是分成酸生成槽和甲烷发酵槽这2个槽，这是因为，如果淤泥最终不分解成醋酸、氢或二氧化碳，甲烷菌就不起作用而不生成甲烷。为了加速有机物的分解，已经开发了这样一种的方法，其是通过将淤泥破碎并小颗粒化的物质用以稀释水混合并可溶化的过程，或者通过除去中途的阻碍物质，来改善和细菌的接触效率并加速反应速度。但是，因为有机物中存在不能分解成氢和二氧化碳的物质，其碳消化率为20～50％，必须处理未消化的残渣，大的排水处理装置也是必须的。进而，象这样通过甲烷发酵的方法处理污水淤泥和农业废水(牛粪尿等)中的滞留时间在实际工厂中需要20日到60日，基本上需要30日到60日。这样，现有的甲烷发酵过程的整体成本提高，效率差，即使例如出售电能也可能会产生较大赤字，不实用。
技术实现思路
因而，本专利技术的目的在于提供一种能有效地利用有机废弃物的实用技术。为了实现上述目的，本专利技术提供的由有机废弃物制造甲烷气的方法，其含有通过超临界水和亚临界水中的至少一方将有机废弃物低分子化处理的步骤；和使上述低分子化处理物进行甲烷发酵的步骤。本专利技术人等为了实现上述目的，进行了各种研究。在这过程中，获得了所述的将有机废弃物低分子化处理，将该处理物甲烷发酵的设想。根据该设想继续进行了进一步的研究探讨，其结果是发现，使用通过超临界水或亚临界水或这两者的处理，例如象上述1)～3)过程的由复杂有机化合物向简单有机化合物和长链脂肪酸的水解和酸生成，即进行1分钟～20分钟就可以将有机废弃物低分子化。由此，使用上述低分子化处理物，可以在5～24小时内的短时间内进行甲烷发酵，且其碳消化率至少在90％或以上，优选在97％或以上，进而能减少残渣处理和废水处理，从而实现了本专利技术。根据本专利技术，例如能提供经济性优异、环境压力小、高速和高消化率的甲烷制造方法。附图说明图1是本专利技术的的一个例子的示意图。图2是在本专利技术的甲烷发酵中可以使用的装置的一个例子的示意图。图3是在实施例中所使用的反应器的示意图。图4是说明亚临界水处理步骤的一个例子的图。图5为表示各反应温度下固相产率随时间变化的图。图6为表示水相中的磷酸和有机酸的产率随温度变化的一个例子的图。图7为表示水相中的氨基酸的产率随温度变化的一个例子的图。图8为表示水相中的糖的产率随温度变化的一个例子的图。图9为表示油相中的脂肪酸的产率随温度变化的一个例子的图。图10为表示实施例醋酸驯化处理中的排出水溶液中的基质浓度变化的一个例子的图。图11为表示连续甲烷发酵中的排出水溶液中的组成随时间变化的一个例子的图。图12为表示连续甲烷发酵中的气体和甲烷气的产生量随时间变化的一个例子的图。具体实施例方式以下，进一步详细地说明本专利技术。作为本专利技术中的处理方法，使用亚临界水的处理方法比使用超临界水的处理方法更优选。使用亚临界水的优点例如有，亚临界水比超临界水的水解能力优良，从而能生成各种有用物质，亚临界水比超临界水的分解力差，从而能去除没有分解成无机物的有用物质，因为上述水解反应多是放热反应，如果利用该热量，亚临界水处理的运行成本也能非常便宜，因为亚临界水的条件也比超临界水的条件温和，也可以使安全的处理装置变得便宜，并且，由于亚临界水是水，油和脂肪的抽出能力强，可以从原材料中约100％地提取等。而且，温度达到700K左右的超临界水在不混入氧化剂等时，只要和上述亚临界水进行同样地处理的话，在本专利技术中就可以优选使用。若为上述超临界水处理，就几乎不引起氧化而产生热分解，进而对装置的损害作用比目前公知的超临界水氧化更平稳。上述亚临界水处理中，其处理温度例如优选为440～553K的范围范围，更优选为470～553K，进一步更优选为493～553K。其处理压力例如为0.8～6.4MPa，更优选1.5～6.4MPa，进一步优选为2.3～6.4MPa。其处理时间例如为1～20分钟，更优选为1～10分钟，进一步更优选为1～5分钟。有机废弃物的低分子化处理例如按照如下实施。即，进行间歇式的情况下，例如在由不锈钢等材质形成的耐压耐热反应器中加入有机废弃物和水，密闭。接着，通过将上述反应器加热到预定的温度，使反应器内达到高温高压。据此上述反应器内的水变成亚临界状态或超临界状态，有机废弃物被低分子化。上述低分子化处理除了在例如上述的间歇式处理之外，还有连续式的处理，从实用的观点出发，优选连续式的处理。本专利技术的制造方法例如含有从上述低分子化处理物中分离水相的步骤，优选甲烷发酵上述水相。通过这样的处理，能够在较短时间、高消化率地进行甲烷发酵。在该水相中含有例如有机酸、磷酸、氨基酸、糖、脂肪酸等。这其中，上述水相优选含有有机酸。有机酸中含有例如乳酸、醋酸、焦谷氨酸、甲酸等，这其中优选含有醋酸。从上述低分子化处理物中分离回收水相的方法例如可以例举出离心分离法。即，通过离心分离，因为低分子化处理物根据其密度差分离成油-水-固体这3层，由此就可以回收所形成的该水相层。对作为本专利技术的制造方法的适用对象的有机废弃物，没有特别的限制，例如适用来自污水处理物、粮食废弃物、未经处理的垃圾、家畜粪尿等活性淤泥。对本专利技术中的甲烷发酵，没有特别限制，可以适宜选用现有的方法。例如，在甲烷发酵槽中加入上述低分子化处理物和甲烷发酵微生物，保持在预定的温度，边进行适宜地搅拌，边进行预定滞留时间的发酵，回收产生的甲烷气。其次，图1表示在本专利技术的中所使用的甲烷气制造装置的结构的一个例子。如图所示，该装置是由亚临界水处理单元和甲烷发酵单元这两个单元构成的。上述亚临界水处理单元以原料罐1、加热器3和亚临界反应装置4作为主要构成要素。它们是按此顺序用输送管连接的。原料罐1装配有搅拌器，连接原料罐1和加热器3的输送管中安装了高压泵2。甲烷发酵单元以中间罐6、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：吉田弘之，
申请(专利权)人：财团法人大阪产业振兴机构，
类型：发明
国别省市：