(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
生物学的処理に際し発生する消化ガスを脱硫し、低圧ガスホルダーに貯蔵した後、消費設備で消費する消化ガス利用装置の利用方法において、低圧ガスホルダーに貯蔵しきれない余剰の消化ガスを吸着貯蔵設備に貯蔵し、吸着貯蔵設備に貯蔵された余剰の消化ガスを必要に応じて低圧ガスホルダーに還流又は直接消費設備へ供給するものであり、低圧ガスホルダーに貯蔵しきれない余剰の消化ガスを吸着貯蔵設備に貯蔵する手段が、該余剰の消化ガスを圧縮する工程、ついで水分を除去する工程、ついで吸着剤が充填され、かつ消化ガス吸着時に該吸着剤から発生する熱を保存可能な保温材が設けられた吸着槽内で吸着させる工程、さらに、吸着槽から連続的又は間欠的に一部の消化ガスを抜き出し、消化ガスを該圧縮する工程に供給する工程を有し、水分を除去する工程での水蒸気圧が１２２６．５Ｐａ（９．２ｍｍＨｇ）以下となるようにすることを特徴とする消化ガス利用装置の利用方法。
【請求項２】
吸着槽に保温材とヒーターを設け、吸着槽のガス脱離に際して保温材の蓄熱とヒーターによる加熱とを吸着剤に加えるものである請求項１記載の消化ガス利用装置の利用方法。
【請求項３】
低圧ガスホルダーに貯蔵しきれない余剰の消化ガスを吸着貯蔵設備に貯蔵する手段が、該余剰の消化ガスを圧縮した後除湿し、ついで吸着剤が充填され、吸着剤と熱媒とが壁面又は吸着槽内部に設置した熱交換機構を介して熱交換することができる吸着槽内で、吸着剤を熱媒で冷却しながら吸着させるものである請求項１記載の消化ガス利用装置の利用方法。
【請求項４】
吸着貯蔵設備に貯蔵された余剰の消化ガスの低圧ガスホルダーへの環流及び消費設備への供給手段が、吸着剤に吸着された消化ガスを、吸着剤が充填され、吸着剤と熱媒とが壁面又は吸着槽内部に設置した熱交換機構を介して熱交換することができる吸着槽内で、吸着剤を熱媒で加熱しながら脱離させ、吸着槽内の圧力を利用してもしくはブロアー等で、低圧ガスホルダーへ環流させるか、又は直接消費設備へ供給させるものである請求項１〜３のいずれか１項記載の消化ガス利用装置の利用方法。
【請求項５】
吸着槽に壁面から吸着槽中心部に向かってフィンが設けられている請求項３又は４記載の消化ガス利用装置の利用方法。
【請求項６】
水分除去を、潮解方式の除湿により行うものである請求項１〜５のいずれか１項記載の消化ガス利用装置の利用方法。
【請求項７】
吸着貯蔵設備として、可搬式吸着槽を用いるものである請求項１〜６のいずれか１項記載の消化ガス利用装置の利用方法。
【請求項８】
水分を除去した後、吸着槽の上流でメタン、二酸化炭素以外の成分を活性炭によって吸着除去することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項記載の消化ガス利用装置の利用方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項記載の方法を実施するための消化ガス利用装置であって、消化ガスを脱硫する脱硫塔と、該脱硫塔から供給される消化ガスを貯蔵する低圧ガスホルダーと、該低圧ガスホルダーから供給される消化ガスを消費する消費設備とを有する消化ガス利用装置において、低圧ガスホルダーが貯蔵しきれない余剰の消化ガスを吸着貯蔵し、貯蔵された消化ガスを必要に応じて低圧ガスホルダーに環流するか又は直接消費設備へ供給する吸着貯蔵設備を有し、吸着貯蔵設備が、消化ガスを圧縮するガス圧縮機と、該ガス圧縮機から供給される消化ガスから水分を除去する除湿装置と、消化ガスの吸着剤が充填され、かつ消化ガス吸着時に該吸着剤から発生する熱を保存可能な保温材が設けられ、該除湿装置から供給される消化ガスを吸着貯蔵する吸着槽とを含むものであり、かつ吸着槽から連続的又は間欠的に一部の消化ガスを抜き出して該ガス圧縮機に供給する返送ラインを設けたことを特徴とする消化ガス利用装置。
【請求項１０】
吸着槽に、吸着剤と保温剤の少なくとも一方を加熱するヒーターを設けたことを特徴とする請求項９記載の消化ガス利用装置。
【請求項１１】
吸着貯蔵設備が、消化ガスを圧縮するガス圧縮機と、該ガス圧縮機から供給される消化ガスから水分を除去する除湿装置と、該除湿装置から供給される消化ガスを、壁面又は吸着槽内部に設置した熱交換機構を介して熱媒と熱交換することができる吸着剤が充填された吸着槽とを含むものである請求項９記載の消化ガス利用装置。
【請求項１２】
除湿装置が、吸湿性化合物に消化ガスを接触させて除湿する潮解方式である請求項９〜１１のいずれか１項記載の消化ガスの利用装置。
【請求項１３】
吸着槽を可搬式構造としたことを特徴とする請求項９〜１２のいずれか１項記載の消化ガスの利用装置。
【請求項１４】
除湿装置の下流側と吸着槽の上流側の間に、メタン、二酸化炭素以外の成分を活性炭によって吸着除去する有機成分除去装置を設けたことを特徴とする請求項９〜１３のいずれか１項記載の消化ガスの利用装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生物学的処理に際し発生する消化ガスを消費設備で効率よく消費する方法及びそのための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
下水処理場、食品工場、ビール製造工場、家畜の飼育場等で生じる有機性廃棄物を生物学的に処理すると、メタン、二酸化炭素、硫化水素等からなる消化ガスが発生する。かかる消化ガスは、例えば以下のような方法でエネルギー源として有効利用されている。
すなわち、まず発生した消化ガスに含まれる硫化水素を脱硫塔等で除去し、次いで低圧ガスホルダーで適宜貯蔵した後、ボイラー等の消費設備で燃焼させる。このとき発生した熱は、各種設備に送られて有効に利用される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、消化ガスは、常時発生するものの、その発生量や発熱量をコントロールすることは困難であり、消費設備が稼働していないときにも、消化ガスが発生する。多くの消化ガス利用設備では、構造が簡単でメンテナンスが容易な低圧ガスホルダーを設置して、ガスの発生量と消費量のギャップを吸収している。しかし、このギャップを低圧ガスホルダーのみで吸収しようとした場合、ほぼ大気圧で貯蔵する低圧ガスホルダーでの貯蔵密度が非常に低いため、必要とされる容量が巨大になってしまう問題を有する。そこで、通常は低圧ガスホルダーの容量をある程度の大きさに抑え、貯蔵しきれない消化ガスは余剰ガスとして処理している。かかる余剰の消化ガスは、一般に余剰ガス燃焼装置等で燃焼されるため、エネルギー効率が悪いという問題を有する。逆に、消費設備が短時間に大量の消化ガスを必要とする場合には、消化ガスが不足することとなり、消費設備の稼働率が悪化するという問題を有する。
【０００４】
したがって、本発明は、かかる消化ガスを消費設備で効率よく消費する方法及びそのための装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究した結果、低圧ガスホルダーと比較して数十倍の密度で消化ガスを貯蔵しておく吸着貯蔵設備を設け、低圧ガスホルダーと吸着貯蔵設備との間で消化ガスを送気できるようにし、低圧ガスホルダーに貯蔵しきれない余剰の消化ガスを吸着貯蔵設備に貯蔵する手段として、該余剰の消化ガスを圧縮する工程、ついで水分を除去する工程、ついで吸着剤が充填され、かつ消化ガス吸着時に該吸着剤から発生する熱を保存可能な保温材が設けられた吸着槽内で吸着させる工程、さらに、吸着槽から連続的又は間欠的に一部の消化ガスを抜き出し、消化ガスを該圧縮する工程に供給する工程を有し、水分を除去する工程での水蒸気圧を特定値以下となるような手段を用いれれば、消化ガスを消費設備で効率よく消費することができることを見出した。
すなわち、消化ガスの発生が過剰である場合には、かかる吸着貯蔵設備に消化ガスを貯蔵しておき、消費設備の消費量が増大したときに吸着貯蔵設備から低圧ガスホルダーを介して消化ガスを送気することができる。また、消費設備が短時間に大量の消化ガスを消費する予定がある場合には、予め吸着貯蔵設備に消化ガスを貯蔵しておき、必要時に吸着貯蔵設備から低圧ガスホルダーを介して消化ガスを送気することができる。その結果、常に消費設備で消費する必要十分量を消費設備に送気することができるため、消化ガスを消費設備で効率よく消費することができることを見出し、本発明を完成した。
【０００６】
すなわち、本発明は、生物学的処理に際し発生する消化ガスを脱硫し、低圧ガスホルダーに貯蔵した後、消費設備で消費する消化ガス利用装置の利用方法において、低圧ガスホルダーに貯蔵しきれない余剰の消化ガスを吸着貯蔵設備に貯蔵し、吸着貯蔵設備に貯蔵された余剰の消化ガスを必要に応じて低圧ガスホルダーに還流又は直接消費設備へ供給するものであり、低圧ガスホルダーに貯蔵しきれない余剰の消化ガスを吸着貯蔵設備に貯蔵する手段が、該余剰の消化ガスを圧縮する工程、ついで水分を除去する工程、ついで吸着剤が充填され、かつ消化ガス吸着時に該吸着剤から発生する熱を保存可能な保温材が設けられた吸着槽内で吸着させる工程、さらに、吸着槽から連続的又は間欠的に一部の消化ガスを抜き出し、消化ガスを該圧縮する工程に供給する工程を有し、水分を除去する工程での水蒸気圧が１２２６．５Ｐａ（９．２ｍｍＨｇ）以下となるようにすることを特徴とする消化ガス利用装置の利用方法を提供するものである。
また、本発明は、かかる消化ガス利用装置の利用方法において、吸着槽に保温材とヒーターを設け、吸着槽のガス脱離に際して保温材の蓄熱とヒーターによる加熱とを吸着剤に加える消化ガス利用装置の利用方法を提供するものである。
また、本発明は、かかる消化ガス利用装置の利用方法において、低圧ガスホルダーに貯蔵しきれない余剰の消化ガスを吸着貯蔵設備に貯蔵する手段が、該余剰の消化ガスを圧縮した後除湿し、ついで吸着剤が充填され、吸着剤と熱媒とが壁面又は吸着槽内部に設置した熱交換機構を介して熱交換することができる吸着槽内で、吸着剤を熱媒で冷却しながら吸着させる消化ガス利用装置の利用方法を提供するものである。
また、本発明は、かかる消化ガス利用装置の利用方法において、吸着貯蔵設備に貯蔵された余剰の消化ガスの低圧ガスホルダーへの環流及び消費設備への供給手段が、吸着剤に吸着された消化ガスを、吸着剤が充填され、吸着剤と熱媒とが壁面又は吸着槽内部に設置した熱交換機構を介して熱交換することができる吸着槽内で、吸着剤を熱媒で加熱しながら脱離させ、吸着槽内の圧力を利用してもしくはブロアー等で、低圧ガスホルダーへ環流させるか、又は直接消費設備へ供給させる消化ガス利用装置の利用方法を提供するものである。
また、本発明は、かかる消化ガス利用装置の利用方法において、吸着槽に壁面から吸着槽中心部に向かってフィンが設けられている消化ガス利用装置の利用方法を提供するものである。
また、本発明は、かかる消化ガス利用装置の利用方法において、水分除去を、潮解方式の除湿により行う消化ガス利用装置の利用方法を提供するものである。
また、本発明は、かかる消化ガス利用装置の利用方法において、吸着貯蔵設備として、可搬式吸着槽を用いる消化ガス利用装置の利用方法を提供するものである。
また、本発明は、かかる消化ガス利用装置の利用方法において、水分を除去した後、吸着槽の上流でメタン、二酸化炭素以外の成分を活性炭によって吸着除去する消化ガス利用装置の利用方法を提供するものである。
【０００７】
また、本発明は、かかる方法を実施するための消化ガス利用装置であって、消化ガスを脱硫する脱硫塔と、該脱硫塔から供給される消化ガスを貯蔵する低圧ガスホルダーと、該低圧ガスホルダーから供給される消化ガスを消費する消費設備とを有する消化ガス利用装置において、低圧ガスホルダーが貯蔵しきれない余剰の消化ガスを吸着貯蔵し、貯蔵された消化ガスを必要に応じて低圧ガスホルダーに環流するか又は直接消費設備へ供給する吸着貯蔵設備を有し、吸着貯蔵設備が、消化ガスを圧縮するガス圧縮機と、該ガス圧縮機から供給される消化ガスから水分を除去する除湿装置と、消化ガスの吸着剤が充填され、かつ消化ガス吸着時に該吸着剤から発生する熱を保存可能な保温材が設けられ、該除湿装置から供給される消化ガスを吸着貯蔵する吸着槽とを含むものであり、かつ吸着槽から連続的又は間欠的に一部の消化ガスを抜き出して該ガス圧縮機に供給する返送ラインを設けたことを特徴とする消化ガス利用装置を提供するものである。
また、本発明は、かかる消化ガス利用装置において、吸着槽に、吸着剤と保温剤の少なくとも一方を加熱するヒーターを設けた消化ガス利用装置を提供するものである。
また、本発明は、かかる消化ガス利用装置において、吸着貯蔵設備が、消化ガスを圧縮するガス圧縮機と、該ガス圧縮機から供給される消化ガスから水分を除去する除湿装置と、該除湿装置から供給される消化ガスを、壁面又は吸着槽内部に設置した熱交換機構を介して熱媒と熱交換することができる吸着剤が充填された吸着槽とを含む消化ガス利用装置を提供するものである。
また、本発明は、かかる消化ガス利用装置において、除湿装置が、吸湿性化合物に消化ガスを接触させて除湿する潮解方式である消化ガスの利用装置を提供するものである。
また、本発明は、かかる消化ガス利用装置において、吸着槽を可搬式構造とした消化ガスの利用装置を提供するものである。
また、本発明は、かかる消化ガス利用装置において、除湿装置の下流側と吸着槽の上流側の間に、メタン、二酸化炭素以外の成分を活性炭によって吸着除去する有機成分除去装置を設けた消化ガスの利用装置を提供するものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の消化ガスの利用装置の一実施形態を示すものである。この消化ガスの利用装置１は、脱硫塔２、メタン濃縮装置６、低圧ガスホルダー３、消費設備４及び吸着貯蔵設備５を有するものである。脱硫塔２、低圧ガスホルダー３及び消費設備４は直列に接続されており、吸着貯蔵設備５は、低圧ガスホルダー３を介して消費設備４と接続されている。
【０００９】
消化ガスは、下水処理場、食品工場、ビール製造工場、家畜の飼育場等で生じる廃棄物を生物学的に処理したものであれば、廃棄物の内容、生物学的処理の方法等に特に制限はない。消化ガスの組成は、一般にメタンを主成分とし、二酸化炭素、水素、窒素、硫化水素、メルカプタン等からなる。
【００１０】
一般に消化ガスは、浸食性が著しい硫化水素を含んでいる。本発明においては、まず消化ガスを脱硫塔で脱硫する。脱硫の手段としては、乾式脱硫法と湿式脱硫法がある。乾式脱硫法には成形脱硫剤式が多く使用されている。成形脱硫剤式は、鉄粉、粘土等でペレット状にした成形脱硫剤を脱硫塔内に充填し、消化ガスと接触させるものであり、取り出した使用済みの脱硫剤は処分する。湿式脱硫法には、水洗浄式、アルカリ洗浄式及び薬液再生式がある。このうち、水洗浄式は、下水処理の場合は下水処理水、その他の処理場の場合は井戸水、工業用水又は水道水と、消化ガスとを向流接触させるものである。脱硫時の温度及び圧力は、消化ガス発生状態そのままでもよく、特に制限はない。脱硫後の消化ガス中の硫化水素濃度は、０．１ｐｐｍオーダーであることが好ましい。
【００１１】
脱硫された消化ガスは、低圧ガスホルダーに貯蔵する。低圧ガスホルダーが存在しないと、消化ガス発生量の変動をすべて吸着貯蔵設備で吸収しなければならない。このため、例えば消化ガスを圧縮して吸着貯蔵設備に貯蔵するために、吸着貯蔵設備の一要素としてガス圧縮機を用いる場合、ガス圧縮機の容量を消化ガスの最大発生量に合わせなければならなくなり、不必要に大容量の機種を選択しなければならなくなるという事態が生じて好ましくない。低圧ガスホルダーには、乾式、湿式の二種類があるが、そのいずれでもよい。
【００１２】
消化ガスを消費する消費設備に特に制限はなく、例えば温水ボイラー、スチームボイラー等の各種ボイラー、燃料電池、ガスタービン（マイクロタービンを含む）、ガスエンジン等が挙げられる。また、ガスの販売先であるガス事業者が保有する消費設備も含む。
【００１３】
消化ガスは、エネルギーの有効利用の観点から脱硫後低圧ガスホルダーに貯蔵する前又は吸着貯蔵設備に貯蔵する前にメタン濃縮装置を用いて二酸化炭素を除去し、メタンを濃縮しておくことが好ましい。メタン濃縮を行わない場合は、後述する吸着貯蔵設備から放出される消化ガスの発熱量が変化するので、クッションタンクを設けて発熱量を調整することが好ましい。
脱二酸化炭素の手段としては、例えば活性炭、ゼオライト、金属酸化物等の二酸化炭素吸着剤が充填された吸着塔に通す方法；気体分離膜を用いて真空で脱気する方法；多孔質中空糸膜を用いて分離する方法等が挙げられる。このうち、二酸化炭素を選択的に除去でき、かつコンパクトで経済的であることから、多孔質中空糸膜、特に疎水性中空糸膜を用いることが好ましい。
【００１４】
疎水性中空糸膜を用いて、消化ガスから二酸化炭素を除去する原理について説明する。水中に、疎水性中空糸を２本（ガス供給用及び回収用）置く。中空糸は疎水性であるため、水はその中に入ってこない。供給用の中空糸に高濃度の消化ガス（硫化水素を除去した後のもの）を流し、回収用の中空糸内はガス濃度を低濃度に保っておく。二酸化炭素は、他のガス成分と比べて水に対する溶解性が高い。このため、二酸化炭素は、他のガス成分よりも大量に、中空糸膜の微小孔を通って水中に拡散、溶解する。そして、回収用中空糸膜に達した二酸化炭素は、逆の過程を経て回収される。中空糸膜は、多くの市販品（例えば、ＮＯＫ（株）製脱気膜モジュール）があり、それらのいずれを用いてもよい。
【００１５】
本発明において好適な、疎水性中空糸膜を用いて、消化ガスから二酸化炭素を除去してメタンガスを濃縮するためのメタン濃縮装置を以下に示す。図３は、メタンガス濃縮装置の一例を示す概略構成図である。吸収部Ａ及び放散部ＢはポンプＣを介して水を循環供給している。消化ガスは、吸収部Ａ内の中空糸膜（図示しない）に供給される。ガス中の二酸化炭素は、吸収部Ａ内の水中に大量に溶け込み、二酸化炭素含量が減少してメタンガスが濃縮された消化ガスが排気される。水中に溶け込んだ二酸化炭素は、ポンプＣを介して放散部Ｂに送られる。放散部Ｂに送られた二酸化炭素は、放散部Ｂ内の中空糸膜（図示しない）に回収されて排気される。
【００１６】
消化ガスの吸着貯蔵方法、及び貯蔵された消化ガスを低圧ガスホルダーに還流するか直接消費設備に供給する方法は、消化ガスを効率的かつ容易に貯蔵することができ、必要に応じて容易に脱離することができる方法であれば特に制限はないが、以下に説明する方法が好ましい。
【００１７】
図２は、本発明に用いる吸着貯蔵設備の一実施形態を示すものである。この吸着貯蔵設備は、消化ガスを圧縮するガス圧縮機５１と、ガス圧縮機５１から供給される消化ガスから水分を除去する除湿装置５２と、消化ガスの吸着剤が充填され、かつガス吸着時に吸着剤から発生する熱を保存することが可能な保温材が設けられ、除湿装置５２から供給される消化ガスを吸着する吸着槽５３とを備えて構成されている。ガス圧縮機５１、除湿装置５２及び吸着槽５３は、直列に接続されている。ライン５３１は、吸着槽５３から脱離した消化ガスを低圧ガスホルダーへ返送するラインであり、ライン５３２は、ライン５３１から途中で分岐して消化ガスをガス圧縮機５１に返送するラインである。このライン５３２は、吸着槽５３から連続的または間欠的に一部のガスを抜き出してガス圧縮機５１に供給するためのものである。
【００１８】
図２に示すように構成された吸着貯蔵設備を用いて消化ガスの吸着貯蔵を行う方法を次に説明する。
まず低圧ガスホルダーから供給される消化ガスをガス圧縮機５１に導入して圧縮する。ここでのガス圧縮率は特に限定されないが、好ましくは吸着槽５３における消化ガスの吸着効率が向上するような圧力まで、例えば常圧〜２ＭＰａ程度にまで消化ガスを圧縮することが好ましい。ガス圧縮機５１としては、例えばコンプレッサー等が挙げられる。コンプレッサーは、後工程にオイルミストが飛散しないオイルフリータイプであることが好ましい。
【００１９】
ガス圧縮機５１で圧縮された消化ガスは、除湿装置５２に供給され、水分を除去される。消化ガス中の水分を除去する手段としては、例えば水分を選択的に吸着可能な吸着剤を用いて除湿する手段、あるいは機械的に除湿する手段等を利用することができるが、潮解方式の除湿装置の使用が特に好ましい。潮解方式の除湿装置は、水分を含む消化ガスを、潮解性の塩、例えば塩化カルシウム、塩化マグネシウム、粗製塩化ナトリウムなどの吸湿性化合物と接触させ、ガス中の水分を選択的に除去する。この種の潮解方式の除湿装置は、電動機を含まないので、機械的除湿に比べてランニングコストが非常に安価になる利点がある。またガスに引火する危険性がなく、可燃ガスを取り扱う防爆地域でも使用することができる。さらに、粗製塩化ナトリウムのような安全な天然物吸湿剤を用いることによって、水分を吸着して潮解した塩の廃棄あるいは再利用を簡単に行うことができる。
【００２０】
水分除去により、消化ガス中の水蒸気圧を、吸着させようとする圧力において露点１０℃以下相当の９．２ｍｍＨｇ、特に０℃以下相当の４．６ｍｍＨｇとすることが好ましい。露点０℃以下とすることにより、消化ガスの吸着効率がさらに向上する。水蒸気圧は、除湿装置５２に導入する消化ガスの流量によってコントロールすることができる。除湿装置５２において水分を除去した消化ガスは、吸着槽５３に供給される。
【００２１】
より好ましい形態において、除湿装置５２の下流側と吸着槽５３の上流側の間に、メタン、二酸化炭素以外の成分を活性炭によって吸着除去する有機成分除去装置を設け、除湿を終えた消化ガスを有機成分除去装置に導入し、ガス中に含まれたメタン、二酸化炭素以外の有機成分を活性炭で吸着除去した後に、そのガスを吸着槽５３に供給する。消化ガス中に含まれる「メタン、二酸化炭素以外の」有機成分としては、たとえばトルエン、オクタン、トリデカンなどの有機化合物を挙げることができる。これらの成分は、消化ガスとともに吸着槽５３に供給された場合、メタンより優先的に吸着剤に吸着されてしまうため、吸着剤の吸着能力を低下させることが知られている。そこで吸着槽５３に供給されるガスからこれらの成分を予め除去しておくことによって、これらの成分による吸着能力の低下を防止することができる。
【００２２】
この有機成分除去装置は、除湿後の消化ガスを活性炭と接触させてトルエン、オクタン、トリデカンなどのメタン以外の有機成分を吸着除去できるものであれば良く、装置の形状は問わないが、設置や取扱いの容易さから、円筒形の圧力容器を用いることが好ましい。メタン以外の有機化合物の吸着除去に使用する活性炭は、一般に市販される各種の活性炭を使用することができ、特に「有機溶媒回収用」として販売されている活性炭を用いることが好ましい。
【００２３】
吸着槽５３には、吸着剤が充填されている。さらに吸着槽５３の内壁側と外壁側との少なくとも一方及び／又は吸着槽５３の槽内には、ガス吸着時に吸着剤から生じる吸着熱を蓄熱することが可能な保温材が設けられている。さらに、この吸着槽５３には、電気ヒーターやトレースラインのようなヒーターが設けられ、吸着槽５３のガス脱離に際して保温材の蓄熱とヒーターによる加熱とを吸着剤に加える構成になっている。特に、吸着槽５３の外壁に電気ヒーターやトレースラインを設け、その上から保温材で覆って保温した構成が好ましい。
【００２４】
吸着剤としては、例えば活性炭、人工ゼオライト、天然ゼオライト、シリカゲル、有機金属錯体（フマル酸銅、テレフタル酸銅等）等が挙げられ、これらを１種又は２種以上用いることができる。吸着剤として活性炭等を用いる場合、通常ガス処理に用いられる比表面積１０００ｍ２／ｇ程度、細孔径２０Å以下、細孔容積０．２〜１．０ｍｌ／ｇのものが好ましい。吸着時の温度、圧力に特に制限はないが、温度は好ましくは外気温以下がよい。圧力は常圧以上、特に常圧〜２ＭＰａが好ましい。また保温材としては、従来より周知の無機質保温材、有機質保温材を用いることができ、好ましくは発泡硬質ウレタン、ガラスウールなどが用いられる。
【００２５】
吸着槽５３に供給された消化ガスは、吸着槽５３に充填された吸着剤に吸着、貯蔵される。この吸着貯蔵の際、吸着剤は発熱し、吸着槽５３内の温度が上昇する。この吸着熱の発生により、吸着剤によるガス吸着効率は若干低下するが、吸着熱エネルギーの有効利用を図るため、この吸着熱エネルギーを保温材に積極的に蓄えておき、ガス脱離時の吸着剤加熱用熱源の一部として利用する。
【００２６】
消化ガスの吸着貯蔵を終えた吸着槽５３から消化ガスを取り出す場合、吸着槽５３内の吸着剤を加温する。より高い熱効率を実現するため、ガスを吸着貯蔵中、必要に応じてヒーターによる加温を行い、吸着剤や保温剤の温度を維持することが望ましい。上述した通り、このガス脱離の際には、吸着槽５３に設けられた保温材に蓄えた熱エネルギーを積極的に利用し、さらに吸着槽５３に取り付けられた電気ヒーターやトレースラインから熱エネルギーを補填して消化ガスの取り出しを行う。吸着槽５３から放出された消化ガスは、ライン５３１を通して低圧ガスホルダーに搬送される。
【００２７】
吸着槽５３から放出される消化ガスは、例えばパイプラインによって燃料消費地（消費設備）へ移送される場合がある。しかし、消化ガス発生場所からのパイプライン移送が経済的に採算がとれない場合もある。したがって、消化ガスを吸着する吸着槽５３は、可搬式、すなわち吸着槽５３のガス配管や架台がシステムから着脱可能であり、吸着槽５３が燃料需要地の所在にかかわらず効率的に輸送可能とすることが好ましい。可搬式吸着槽は、トラック等の輸送車両によって搬送可能であれば、その形状は特に制限されない。
【００２８】
また、目的量の消化ガスを吸着貯蔵するために、吸着槽５３は、小容量のものを複数使用するか、目的量を満たす容量のものを１つ使用するか、いずれでもよい。前者の場合、吸着槽５３を規格品にすることによりコストダウンが可能となり、また小型であるため可搬式にしやすく、利用者によるメンテナンスの負担が軽い等の利点がある。後者の場合、設置面積が少なくて済むという利点がある。
【００２９】
吸着槽５３に消化ガスを導入して消化ガスの吸着貯蔵を進めていくと、消化ガスの主成分であるメタンガスが吸着され、それ以外のガス成分、特に水分が次第に濃縮され、吸着槽５３内に溜まってくる。吸着槽５３内に水分が増えると、吸着剤の吸着能力が低下してしまう。その吸着効率の低下を防止するために、吸着貯蔵設備５では、吸着槽５３から連続的または間欠的に一部のガスを抜き出してガス圧縮機５１に供給する返送ライン５３２を設けることが好ましい。吸着槽５３から返送ライン５３２を通して、吸着槽５３内の一部のガスを抜き出しながら、消化ガスの吸着貯蔵を実施することによって、吸着槽５３内における水分の濃縮が防止され、水分による吸着剤の吸着効率の低下を防ぐことができる。返送ライン５３２を通してガス圧縮機５１に送られたガスは、低圧ガスホルダーから送られる消化ガスと混合され、圧縮後、除湿される。
【００３０】
本発明に用いる吸着貯蔵設備の他の実施形態の一例を図４に示す。消化ガスは、ガス圧縮機５１で加圧される。次いで、消化ガスは除湿装置５２で除湿される。吸着槽５３は、冷水等の低温熱媒を循環させることができるように、壁面外側にジャケットやトレースラインが設置されている。除湿装置５２から排気された消化ガスは吸着槽５３に送気されて吸着剤に吸着される。吸着熱による吸着剤の温度上昇はかかる低温熱媒によって抑制され、吸着剤は常に適温に保持されている。
【００３１】
図４に示すように構成された吸着貯蔵設備を用いて消化ガスの吸着貯蔵を行う方法を次に説明する。
低圧ガスホルダーから供給された消化ガスは、ガス圧縮機５１で圧縮する。ガス圧縮機の種類、圧縮率等は上記と同様である。次いで、消化ガスを除湿装置５２に送気して除湿する。除湿装置の種類、除湿性能等は上記と同様である。
【００３２】
次いで、除湿された消化ガスを、吸着剤を充填した吸着槽５３内で、該吸着剤を低温熱媒で冷却しながら吸着させる。吸着剤を充填する吸着槽５３は、吸着剤と熱媒とが、その壁面又は吸着槽５３内部に設置した熱交換機構を介して熱交換できるものである。吸着槽５３の壁面には、壁面を介した熱媒と吸着剤との熱交換を効率よく行えるように、例えばジャケット、トレースライン等を設置することが好ましい。また、吸着槽５３内部にもチューブやトレースライン等の熱交換機構を設置することが好ましい。これらに熱媒を流すことによって吸着剤の冷却が促進される。熱媒としては、例えば冷水、不凍液、低温空気、外気等の低温熱媒が挙げられるが、吸着剤との熱効率の観点から、冷水、不凍液等が好ましい。充填された吸着剤の量と熱媒の流量との比に特に制限はなく、消化ガスの成分構成、流量等に応じて適宜選択すればよい。吸着剤の冷却温度に特に制限はないが、３５℃以下、特に２５℃以下が好ましい。
【００３３】
吸着槽５３内に送気された消化ガスは、吸着剤に吸着される。このとき、吸着剤は吸着熱により昇温し易くなるが、壁面又は吸着槽内部に設置した熱交換機構を介して低温熱媒と熱交換し、熱交換効率が優れていることから、吸着剤は常に適温を維持することができる。このため、消化ガスの吸着剤への吸着効率は、従来の方法よりも高い。
吸着剤としては、上記と同様のものを用いることができ、また吸着時の温度、圧力についても上記と同様である。
【００３４】
なお、吸着槽５３は、壁面から吸着槽中心部に向かってフィンが設けられていることが好ましい。これにより、熱交換面積が増加することから、熱媒と吸着剤との熱交換がさらに促進され、消化ガスの吸着効率がさらに向上する。フィンの形状等に特に制限はない。
【００３５】
吸着貯蔵された消化ガスの低圧ガスホルダーへの環流方法および消費設備への供給方法は、吸着剤に吸着された消化ガスを、吸着剤を充填した吸着槽内で、該吸着剤を熱媒で加熱しながら脱離させ、吸着槽内の圧力を利用して、もしくはブロアー等で、低圧ガスホルダーへ環流又は直接消費設備に供給するものである。吸着剤を充填する吸着槽は、吸着剤と熱媒とが、その壁面又は吸着槽内部に設置された熱交換機構を介して熱交換できるものである。吸着槽の壁面には、壁面を介した熱媒と吸着剤との熱交換を効率よく行えるように、例えばジャケット、トレースライン等を設置することが好ましい。また、吸着槽内部にもチューブやトレースライン等の熱交換機構を設置することが好ましい。これらに熱媒を流すことによって吸着剤の加温が促進される。熱媒としては、例えばスチーム、乾燥高温空気、熱水等の高温熱媒が挙げられるが、吸着剤との熱効率の観点から、スチーム、熱水等が好ましい。充填された吸着剤の量と熱媒の流量との比に特に制限はなく、消化ガスの成分構成、流量等に応じて適宜選択すればよい。吸着剤の加熱温度に特に制限はないが、５℃以上、特に１５℃以上が好ましい。
【００３６】
消化ガスの脱離時には、吸着剤の温度が低下し易くなるため、脱離が促進され難くなるが、吸着剤が、壁面又は吸着槽内部に設置された熱交換機構を介して高温熱媒と熱交換し、熱交換効率が優れていることから、吸着剤は常に適温を維持することができる。このため、消化ガスの吸着剤からの脱離効率は、従来の方法よりも高い。
【００３７】
吸着槽は、壁面から吸着槽中心部に向かってフィンが設けられていることが好ましい。これにより、熱交換面積が増加することから、熱媒と吸着剤との熱交換が促進され、消化ガスの脱離効率がさらに向上する。フィンの形状等に特に制限はない。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、消化ガスの発生が過剰である場合には、吸着貯蔵設備に消化ガスを貯蔵しておき、消費設備の消費量が増大したときに吸着貯蔵設備から低圧ガスホルダーを介して又は直接、消費設備へ消化ガスを送気することができる。また、消費設備が短時間に大量の消化ガスを消費する予定がある場合には、予め吸着貯蔵設備に消化ガスを貯蔵しておき、必要時に吸着貯蔵設備から低圧ガスホルダーを介して又は直接、消費設備へ消化ガスを送気することができる。その結果、消費設備で消費する必要十分量を常に消費設備に送気することができるため、消化ガスを消費設備で効率よく消費することができる。
特に、吸着貯蔵方法が、消化ガスを圧縮し、次いで水分を除去した後、吸着剤が充填され、かつガス吸着時に該吸着剤から発生する熱を保存可能な保温材が設けられた吸着槽内で吸着させるものであれば、ガス吸着時に発生した吸着熱を吸着槽に蓄熱し、ガス脱着時にその熱を利用できるので、設備構造が単純化でき、運転に必要なエネルギーが少なくて済むので、イニシャルコストおよびランニングコストを大幅に低減できる。また、吸着槽にヒーターを設け、吸着槽のガス脱着に際して保温材の蓄熱とヒーターによる加熱とを吸着剤に付加することによって、この効果をより顕著なものにすることができる。
【００３９】
また、特に、吸着貯蔵方法が、消化ガスを圧縮し、次いで水分を除去した後、吸着剤が充填され、吸着剤と熱媒とが壁面又は吸着槽内部に設置した熱交換機構を介して熱交換することができる吸着槽内で、吸着剤を熱媒で冷却しながら吸着させる方法である場合、低圧ガスホルダーへの還流方法及び消費設備への供給方法が、吸着剤に吸着された消化ガスを、吸着剤が充填され、吸着剤と熱媒とが壁面又は吸着槽内部に設置した熱交換機構を介して熱交換することができる吸着槽内で、吸着剤を熱媒で加熱しながら脱離させ、吸着槽内の圧力を利用してもしくはブロアー等で、低圧ガスホルダーへ還流させる方法又は消費設備への供給方法である場合に、この効果をより顕著なものとすることができる。
また、特に、上記の吸着貯蔵方法において、除湿後にメタンと二酸化炭素以外の成分を吸着槽の上流で活性炭によって吸着除去することによって、メタンと二酸化炭素よりも優先的に吸着剤に吸着され吸着剤の能力を低下させるトルエン、オクタン、トリデカンなどのメタン以外の有機成分が除去され、吸着槽の消化ガス貯蔵容量の低下が防止でき、この効果を顕著にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の消化ガスの利用装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】本発明に用いる吸着貯蔵設備の一例を示す概略構成図である。
【図３】本発明に用いる吸着貯蔵設備の一例を示す概略構成図である。
【図４】本発明に用いる吸着貯蔵設備の一例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１：消化ガスの利用装置
２：脱硫塔
３：低圧ガスホルダー
４：消費設備
５：吸着貯蔵設備
６：メタン濃縮設備
５１：ガス圧縮機
５２：除湿装置
５３：吸着槽
５３１低圧ガスホルダーへの還流ライン
５３２：ガス圧縮機への返送ライン
Ａ：吸収部
Ｂ：放散部
Ｃ：ポンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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