(57)【要約】【課題】嫌気性消化槽から発生するバイオガスを精製し、安全にメタンガスのエネルギー利用ができるメタンガス精製設備を提供する。【解決手段】  バイオガスを、送ガスライン８を通してバイオガスホルダー２に貯留し、その後バイオガスをメタンガス精製装置３に送り、得られた精製ガスをメタンガスホルダー４に貯蔵するメタンガス精製設備において、前記の送ガスライン８、前記のバイオガスホルダー２、前記の供給ガスライン９及び前記の精製ガスライン１０の４つのポイントから定期的にガスを採取して、酸素を含む複数種類のガス濃度を測定するガス濃度計を設置し、酸素濃度の測定値がいずれかのガス採取ポイントにおいて増加した場合に警報を出し、及び／又は該ガスラインを遮断する遮断弁７を設けたことを特徴とするメタンガス精製設備。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
嫌気性消化槽から発生するバイオガスを、送ガスラインを通してバイオガスホルダーに貯留し、その後バイオガスを、供給ガスラインを通してメタンガス精製装置に送り、メタンガス精製装置にてメタンガスの純度を高め、得られた精製ガスを、精製ガスラインを通してメタンガスホルダーに貯蔵するメタンガス精製設備において、前記の送ガスライン、前記のバイオガスホルダー、前記の供給ガスライン及び前記の精製ガスラインの４つのポイントから定期的にガスを採取して、酸素を含む複数種類のガス濃度を測定するガス濃度計を設置し、酸素濃度の測定値がいずれかのガス採取ポイントにおいて増加した場合に警報を出し、及び／又は該ガスラインを遮断する遮断弁を設けたことを特徴とするメタンガス精製設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、嫌気性消化槽から発生するバイオガスを精製し、安全にメタンガスのエネルギー利用ができるメタンガス精製設備に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、排水処理や汚泥処理の分野において、嫌気性処理法は好気性処理法と比較して余剰汚泥の発生量が少なく、消費動力も小さいことから省コスト、省エネルギー型の処理方法として利用されてきた。特にわが国においては、下水道の普及と共に大量に発生するようになった下水汚泥の減量化処理方法として、嫌気性消化法が注目されている。また、下水汚泥そのものが貴重なバイオマス資源であり、嫌気性消化法によって生産されるバイオガスを回収することでエネルギー生産が可能であるため、カーボンニュートラルなエネルギーとして有効利用を進めることが社会から強く求められている。
【０００３】
しかし、下水汚泥の嫌気性消化槽などから発生するバイオガスは、主成分としてエネルギー価値の高いメタンガスを５０〜６０vol％程度含有しているものの、エネルギー価値の低い二酸化炭素や硫化水素なども含有しており、バイオガスを有効利用するためには除害設備や精製設備が必要であった。
【０００４】
そこで、不要なガスを塩基性の処理液に吸収させる方法（特許文献１）や発生したバイオガスを脱硫し、脱硫したガスを高圧雰囲気下で吸収液と接触させ、二酸化炭素を吸収し、精製するシステムが提案されてきた（特許文献２）。特許文献１においては、ガス精製装置の運転管理のために、嫌気性消化槽で発生するガスの組成をチェックしているが、助燃性ガスである酸素については監視されていなかった。その理由は、バイオガスが嫌気性消化槽から発生するものであるために、酸素を含有することは稀有であったこと、従来から利用されてきた除害設備である脱硫装置においては空気が混入しない設計になっていたこと、ガスホルダーにおいてガスにかかる圧力もわずかであったこと、などが挙げられる。
【０００５】
しかし、近年開発されている高圧水でバイオガスを精製する設備においては１ＭＰａを超える高圧ガスの範囲で精製する場合もあり、一般高圧ガス保安規則において可燃性ガス中酸素容量が全容量の４vol％以上のガスを圧縮しないこととされているように、酸素の混入は危険であるという問題点があった。
【０００６】
特許文献３においては、バイオガスを安全に供給するために酸素濃度計を設置することが提案されている。そこでは、酸素濃度計によって酸素濃度を測定し、測定値が閾値を超えた場合にガス供給ラインを遮断する緊急遮断弁を設けるとされている。しかし、バイオガスラインにおける平常時の酸素濃度は非常に低く、何らかの異常事態、すなわち設備の破損、運転管理操作の誤りなど事故に由来して酸素の混入が発生する。異常事態の早期発見によって重大な事故を防ぐためには、本来ごく微量しかふくまれていない酸素がガスラインにおいて増加し始めた時点で事故を把握すべきものであった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−２２０３１６号公報
【特許文献２】特開２００６−０３６８４９号公報
【特許文献３】特開２００６−１５０２５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、高圧雰囲気下でバイオガスを吸収液と接触させ、二酸化炭素や硫化水素などの不要なガスを吸収液に吸収させ、９５vol％以上のメタンガスを含有する精製されたメタンガスを製造するバイオガス精製設備において、精製されたメタンガス中に酸素が混入することがあったときに、このまま高圧ガスとして貯蔵する利用機器に供給されることが危険であるという問題点が解決されたメタンガス精製設備、すなわち嫌気性消化槽から発生するバイオガスを安全に精製し、メタンガスのエネルギー利用ができるメタンガス精製設備を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、このような課題を解決するために鋭意検討の結果、特定のポイントからガスを採取し酸素濃度の変化を検出することにより上記課題を解決できることを見出し、本発明に到達した。
【００１０】
すなわち、本発明は、嫌気性消化槽から発生するバイオガスを送ガスラインを通してバイオガスホルダーに貯留し、その後バイオガスを供給ガスラインを通してメタンガス精製装置に送り、メタンガス精製装置にてメタンガスの純度を高め、得られた精製ガスを精製ガスラインを通してメタンガスホルダーに貯蔵するメタンガス精製設備において、前記の送ガスライン、前記のバイオガスホルダー、前記の供給ガスライン及び前記の精製ガスラインの４つのポイントから定期的にガスを採取して酸素を含む複数種類のガス濃度を測定するガス濃度計を設置し、酸素濃度の測定値がいずれかのガス採取ポイントにおいて増加した場合に警報を出し、及び／又は該ガスラインを遮断する遮断弁を設けたことを特徴とするメタンガス精製設備を要旨とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
バイオガスラインにおける平常時の酸素濃度は非常に低く、何らかの異常事態、すなわち設備の破損した場合や、例えば、嫌気性消化槽の運転管理を誤った結果によってバイオガスに空気が混入したり、バイオガスの精製工程において吸収液からの酸素の供給が生じて生成されたメタンガスに酸素が混入するなど運転管理操作の誤りなどの事故に由来して酸素の混入が発生する場合があるが、本発明によれば、バイオガスを利用する設備について平常時においては非常に低濃度である酸素濃度を常時監視し、その濃度が増加の傾向を示しているかどうかを判断し、何らかの異常事態、すなわち設備の破損、運転管理操作の誤りなどの事故を早期発見することができる。その結果、危険を予知し、ガス供給ラインを遮断して爆発等の重大な事故を防ぐことができる。特に、高圧雰囲気下でバイオガスを吸収液と接触させることによりバイオガスを精製した場合には、メタンガスの純度が高まり、メタンガス濃度として９５vol％以上の純度となるが、ここまで純度を上げても酸素を含有した状態での利用が適当でない用途、例えば都市ガスに混合しての利用などもあり、そこではバイオガス由来のメタンガスに対して、さらなる品質管理が求められている。酸素を含有した可燃性ガスの高圧圧縮は非常に危険であるが、本発明によればそのような危険をも回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態を示す全体フロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明のメタン精製設備は、嫌気性消化槽などから発生したエネルギー利用価値の高いメタンを主成分として５０〜６０％程度含有しているバイオガスを受け入れて、エネルギー利用価値の低い二酸化炭素や硫化水素などのいわゆる不純成分ガスを除去し、天然ガス代替燃料として利用し得るメタンガスに精製するための設備である。ここで、嫌気性消化槽とは、下水処理或いはし尿処理、生活排水処理などの結果発生する汚泥や、畜産廃棄物、食品廃棄物などの有機物を、酸素を遮断した嫌気条件下で嫌気性微生物の働きにより分解し、メタンガスを主成分とするバイオガスを発生させるものである。
【００１４】
本発明においては、まず嫌気性消化槽からバイオガスを送ガスラインによりバイオガスホルダーに受け入れる。次いでバイオガスをバイオガスホルダーから供給ガスラインを経てメタンガス精製装置に送り、精製されたメタンガスを精製ガスラインを経てメタンガスホルダーへ送ることとなる。
【００１５】
本発明においては、上記した構成のうち、以下の４つのポイントから定期的にガスを採取し、酸素を含む複数種類のガス濃度を測定するためのガス濃度計が設置されている。すなわち、４つのポイントとは送ガスライン、バイオガスホルダー、供給ガスライン及び精製ガスラインである。測定するガスの種類としては、メタンガスと酸素が必須であり、必要であれば二酸化炭素と硫化水素を測定する。採取する時間間隔としては、１分間に１回が適当であるが５分間に１回程度でも可能である。採取ガス量は、採取ポイントからガス濃度計までの距離による。ラインから採取したガスを戻すことはできないので、なるべく短いガスチューブで機器を接続し、少量のガスで測定できるようにガス濃度計を設置するとよい。各ガスラインを近接させてそれぞれから最短距離となる場所にガス濃度計を設置すれば濃度計の台数を少なくできる。
【００１６】
本発明においては、４つのポイントのいずれかの酸素濃度が増加した場合に警報を出し、さらにガスラインを遮断するための遮断弁が前記した各ガス採取ポイントの下流側に設けられている。酸素濃度の異常を判定する管理限界値としては、検出された酸素濃度Ｃn ppmの直前の一定検出回数m 回の酸素濃度Ｃ1 ，Ｃ2 ，…，Ｃm の移動平均値Ｃ’（Ｃ’＝ΣＣm ／ｍ）と標準偏差σ〔σ＝（Σ（Ｃm−Ｃ’）2 ／ｍ）1/2〕から求めた管理限界値（Ｃ’＋ａσ）とするが、ａ値については３≦ａ≦５、データ数としては 10≦ｍ≦720  程度が好ましい。
【００１７】
ガスラインを遮断する場合は、警報ポイントから順にラインをさかのぼるものとし、直ちに異常個所の点検を行なうことが望ましい。
【００１８】
以下に、図１を参照しつつ本発明の好ましい形態を示す。図１は、下水汚泥を嫌気性消化することによって得られたバイオガスを精製し、天然ガス車の燃料として供給する場合を示すものである。図１において、１は嫌気性消化槽の一例であるメタン発酵槽、２はメタン発酵槽１で発生したバイオガスを貯蔵するガスホルダーである。このガスホルダー２からバイオガスをメタンガス精製装置３に供給する。４は、メタンガス精製装置で精製されたメタンガスを貯蔵するメタンガスホルダーである。なお、５はガス濃度計であり、低濃度の酸素も測定できるものである。６はガス濃度計５の測定値が入力され、酸素濃度が増加傾向にあるかどうかを判断し、増加傾向を示した場合に緊急遮断弁７を作動させる制御器である。そして本発明では、嫌気性消化槽１から発生したバイオガスをガスホルダー２に送る送ガスライン８と、バイオガスを貯留するバイオガスホルダー２の出口と、バイオガスホルダー２からメタンガス精製装置３へバイオガスを供給する供給ガスライン９と、精製されたメタンガスを貯蔵するメタンガスホルダー４へ精製ガスを送る精製ガスライン１０にそれぞれ緊急遮断弁を設けてある。
【００１９】
本発明におけるメタンガス精製装置３としては、１ＭＰａ程度の高圧雰囲気下で水などの吸収液とバイオガスを接触させ、二酸化炭素や硫化水素などの不純成分ガスを吸収液に吸収させてメタンガスを精製する方法が好適に利用できる。
【００２０】
制御器６は、いずれかのガス採取ポイントにおいてガス濃度計５の測定値の変化から酸素濃度が増加傾向にあることを判断したとき、緊急遮断弁７を作動させる前に警報を出すこともできる。警報を出す段階として、酸素濃度の増加傾向すなわち酸素濃度の単位時間当りの増加率を算出し、増加率が一定値に達するまでは初期警報のみを出し、増加率が一定値を超えたときに緊急遮断弁７を作動させることも可能である。初期警報が発せられた段階で管理員が対応し、異常事態の早期解決を図ることができれば、緊急遮断弁７の作動なしでも設備全体が連続稼動できる場合もある。
【符号の説明】
【００２１】
１  メタン発酵槽
２  ガスホルダー
３  メタンガス精製設備
４  メタンガスホルダー
５  ガス濃度計
６  制御器
７  緊急遮断弁
８  送ガスライン
９  供給ガスライン
１０  精製ガスライン
【図１】
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