(57)【要約】  発電システムは、メタンと二酸化炭素を含む混合ガスＭＧに対して、メタン濃度または二酸化炭素濃度を、ガスエンジン１１の燃料ガス中の当該濃度に対する設定範囲内に制御して、燃料ガスとして、ガスエンジン１１に供給する燃料ガス供給装置１３と、混合ガスＭＧの二酸化炭素濃度またはメタン濃度を計測するガス濃度センサ１４を備える。燃料ガス供給装置１３は、混合ガスＭＧ中の二酸化炭素を除去する二酸化炭素除去装置１６と、二酸化炭素除去装置１６の二酸化炭素除去率の増減に影響する運転条件を制御する運転条件制御装置１７を備え、運転条件制御装置１７が、ガス濃度センサ１４の計測結果に基づいて、二酸化炭素除去装置１６の該運転条件を制御することにより、混合ガス中のメタンと二酸化炭素の濃度を制御する。
2019049629.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
メタンを主成分として二酸化炭素を含む燃料ガスを消費して運動エネルギを発生するガスエンジンと、前記ガスエンジンが発生する前記運動エネルギにより駆動され発電する発電機を備えた発電システムであって、
外部から供給されるメタンと二酸化炭素を主成分とする混合ガスに対して、前記混合ガス中のメタンと二酸化炭素の少なくとも何れか一方の対象成分ガスの濃度を、前記ガスエンジンの前記燃料ガス中の前記対象成分ガスの濃度に対する設定範囲内に制御して、前記燃料ガスとして、前記ガスエンジンに供給する燃料ガス供給装置と、
前記混合ガスの二酸化炭素濃度とメタン濃度の少なくとも何れか一方の濃度を計測するガス濃度センサと、を更に備え、
前記燃料ガス供給装置が、前記混合ガス中の二酸化炭素を除去する二酸化炭素除去装置と、前記二酸化炭素除去装置の二酸化炭素除去率の増減に影響する運転条件を制御する運転条件制御装置を備え、
前記ガス濃度センサが、前記二酸化炭素除去装置の前段及び後段の少なくとも何れか一方に配置され、
前記運転条件制御装置が、前記ガス濃度センサの計測結果に基づいて、前記二酸化炭素除去装置の前記運転条件を制御することにより、前記混合ガス中のメタンと二酸化炭素の濃度を制御することを特徴とする発電システム。
【請求項２】
前記二酸化炭素除去装置が、前記混合ガス中に含まれる二酸化炭素をメタンに対して選択的に分離する二酸化炭素分離膜と、前記二酸化炭素分離膜によって隔てられた第１処理室と第２処理室を備えて構成され、
前記第１処理室に、前記混合ガスを前記第１処理室内に受け入れる第１受入口と、前記対象成分ガスの濃度が制御された前記第１処理室内の前記混合ガスを前記燃料ガスとして排出する第１排出口が設けられ、
前記第２処理室に、前記二酸化炭素分離膜を介して前記第１処理室から前記第２処理室へ透過したガスを排出する第２排出口が設けられ、
前記運転条件制御装置が、前記二酸化炭素分離膜の二酸化炭素除去率の増減に影響する運転条件として、前記第１処理室内に供給される前記混合ガスの流量、前記第１処理室内の圧力、前記第２処理室内の圧力、前記二酸化炭素分離膜の周囲温度、及び、前記二酸化炭素分離膜の膜面積を含む制御対象運転条件候補の内の少なくとも１つを、前記ガス濃度センサの計測結果に基づいて制御することを特徴とする請求項１に記載の発電システム。
【請求項３】
前記第２処理室が、スイープガスを前記第２処理室内に受け入れる第２受入口を有し、前記二酸化炭素分離膜を介して前記第１処理室から前記第２処理室へ透過したガスと前記スイープガスが前記第２排出口から排出されるように構成され、
前記制御対象運転条件候補に、前記第２処理室内に供給される前記スイープガスの流量が含まれていることを特徴とする請求項２に記載の発電システム。
【請求項４】
前記二酸化炭素分離膜が、メタンと反応せずに二酸化炭素と選択的に反応する二酸化炭素キャリアが添加された促進輸送膜であり、
前記制御対象運転条件候補に、前記第１処理室内の相対湿度及び前記第２処理室内の相対湿度の少なくとも何れか一方の増減に影響する１以上の運転条件が含まれていることを特徴とする請求項２に記載の発電システム。
【請求項５】
前記二酸化炭素分離膜が、メタンと反応せずに二酸化炭素と選択的に反応する二酸化炭素キャリアが添加された促進輸送膜であり、
前記制御対象運転条件候補に、前記第１処理室内の相対湿度及び前記第２処理室内の相対湿度の少なくとも何れか一方の増減に影響する１以上の運転条件が含まれていることを特徴とする請求項３に記載の発電システム。
【請求項６】
前記第１処理室内に供給される前記混合ガスに水蒸気が含まれていることを特徴とする請求項４に記載の発電システム。
【請求項７】
前記第１処理室内に供給される前記混合ガスに水蒸気を供給する水蒸気供給部を備えることを特徴とする請求項４に記載の発電システム。
【請求項８】
前記第１処理室内に供給される前記混合ガス、及び、前記第２処理室内に供給される前記スイープガスの少なくとも何れか一方に水蒸気が含まれていることを特徴とする請求項５に記載の発電システム。
【請求項９】
前記第１処理室内に供給される前記混合ガス、及び、前記第２処理室内に供給される前記スイープガスの少なくとも何れか一方に水蒸気を供給する水蒸気供給部を備えることを特徴とする請求項５に記載の発電システム。
【請求項１０】
前記運転条件制御装置が、
前記水蒸気供給部が前記混合ガスに水蒸気の供給する場合は、前記混合ガスに対する前記水蒸気供給部からの水蒸気添加量を、前記制御対象運転条件候補の１つとして制御し、
前記水蒸気供給部が前記スイープガスに水蒸気の供給する場合は、前記スイープガスに対する前記水蒸気供給部からの水蒸気添加量を、前記制御対象運転条件候補の１つとして制御することを特徴とする請求項７または９に記載の発電システム。
【請求項１１】
前記水蒸気供給部は、前記ガスエンジンから排出される高温の排出ガスとの熱交換により水を加熱して生成された水蒸気を、前記対象ガスに供給することを特徴とする請求項７、９及び１０の何れか１項に記載の発電システム。
【請求項１２】
前記水蒸気供給部は、前記ガスエンジンから排出される排出ガスに含まれる水蒸気を、前記対象ガスに供給することを特徴とする請求項７、９、１０及び１１の何れか１項に記載の発電システム。
【請求項１３】
前記混合ガスが、有機物のメタン発酵により生成されたバイオガスに由来するガスを含み、前記混合ガス中に含まれる硫黄成分を除去する超高次脱硫触媒を用いた脱硫装置を、前記燃料ガス供給装置より上流側に備えることを特徴とする請求項４〜１２の何れか１項に記載の発電システム。
【請求項１４】
前記燃料ガス供給装置が、前記対象成分ガスが二酸化炭素の場合は前記設定範囲より前記対象成分ガスの濃度の低い、または、前記対象成分ガスがメタンの場合は前記設定範囲より前記対象成分ガスの濃度の高い、メタンを主成分とする第１濃度調整ガスを前記混合ガスに供給する第１ガス供給装置を備え、
前記第１ガス供給装置が、前記ガス濃度センサの計測結果に基づいて、前記対象成分ガスが二酸化炭素で、前記混合ガスの前記対象成分ガスの濃度が前記設定範囲より高い場合、または、前記対象成分ガスがメタンで、前記混合ガスの前記対象成分ガスの濃度が前記設定範囲より低い場合に、前記混合ガスに前記第１濃度調整ガスを供給して、前記混合ガス中のメタンと二酸化炭素の濃度を制御することを特徴とする請求項１〜１３の何れか１項に記載の発電システム。
【請求項１５】
前記第１ガス供給装置が、前記混合ガス中に含まれる二酸化炭素をメタンに対して選択的に分離する第２の二酸化炭素除去装置と、前記第２の二酸化炭素除去装置を用いて前記混合ガスから二酸化炭素を分離して予め準備した前記第１濃度調整ガスを貯蔵する第１容器と、を備えていることを特徴とする請求項１４に記載の発電システム。
【請求項１６】
前記燃料ガス供給装置が、前記対象成分ガスが二酸化炭素の場合は前記設定範囲より前記対象成分ガスの濃度の高い、または、前記対象成分ガスがメタンの場合は前記設定範囲より前記対象成分ガスの濃度の低い、二酸化炭素またはメタンと二酸化炭素を主成分とする第２濃度調整ガスを前記混合ガスに供給する第２ガス供給装置を備え、
前記第２ガス供給装置が、前記ガス濃度センサの計測結果に基づいて、前記対象成分ガスが二酸化炭素で、前記混合ガスの前記対象成分ガスの濃度が前記設定範囲より低い場合、または、前記対象成分ガスがメタンで、前記混合ガスの前記対象成分ガスの濃度が前記設定範囲より高い場合に、前記混合ガスに前記第２濃度調整ガスを供給することを特徴とする請求項１〜１５の何れか１項に記載の発電システム。
【請求項１７】
前記第２ガス供給装置が、前記第２濃度調整ガスを貯蔵する第２容器を備え、
前記第２濃度調整ガスが、前記二酸化炭素除去装置によって前記混合ガスから除去された二酸化炭素を含むことを特徴とする請求項１６に記載の発電システム。
【請求項１８】
メタンを主成分として二酸化炭素を含む燃料ガスを消費して運動エネルギを発生するガスエンジンと、前記ガスエンジンが発生する前記運動エネルギにより駆動され発電する発電機を備えた発電システムであって、
外部から供給されるメタンと二酸化炭素を主成分とする混合ガスに対して、前記混合ガス中のメタンと二酸化炭素の少なくとも何れか一方の対象成分ガスの濃度を、前記ガスエンジンの前記燃料ガス中の前記対象成分ガスの濃度に対する設定範囲内に制御して、前記燃料ガスとして、前記ガスエンジンに供給する燃料ガス供給装置と、
前記混合ガスの二酸化炭素濃度とメタン濃度の少なくとも何れか一方の濃度を計測するガス濃度センサと、を更に備え、
前記燃料ガス供給装置が、前記対象成分ガスが二酸化炭素の場合は前記設定範囲より前記対象成分ガスの濃度の低い、または、前記対象成分ガスがメタンの場合は前記設定範囲より前記対象成分ガスの濃度の高い、メタンを主成分とする第１濃度調整ガスを前記混合ガスに供給する第１ガス供給装置と、前記対象成分ガスが二酸化炭素の場合は前記設定範囲より前記対象成分ガスの濃度の高い、または、前記対象成分ガスがメタンの場合は前記設定範囲より前記対象成分ガスの濃度の低い、二酸化炭素またはメタンと二酸化炭素を主成分とする第２濃度調整ガスを前記混合ガスに供給する第２ガス供給装置と、を備え、
前記第１ガス供給装置が、前記ガス濃度センサの計測結果に基づいて、前記対象成分ガスが二酸化炭素で、前記混合ガスの前記対象成分ガスの濃度が前記設定範囲より高い場合、または、前記対象成分ガスがメタンで、前記混合ガスの前記対象成分ガスの濃度が前記設定範囲より低い場合に、前記混合ガスに前記第１濃度調整ガスを供給して、前記混合ガス中のメタンと二酸化炭素の濃度を制御し、
前記第２ガス供給装置が、前記ガス濃度センサの計測結果に基づいて、前記対象成分ガスが二酸化炭素で、前記混合ガスの前記対象成分ガスの濃度が前記設定範囲より低い場合、または、前記対象成分ガスがメタンで、前記混合ガスの前記対象成分ガスの濃度が前記設定範囲より高い場合に、前記混合ガスに前記第２濃度調整ガスを供給して、前記混合ガス中のメタンと二酸化炭素の濃度を制御することを特徴とする発電システム。
【請求項１９】
前記燃料ガス供給装置が、前記混合ガス中に含まれる二酸化炭素をメタンに対して選択的に分離する二酸化炭素除去装置と、前記二酸化炭素除去装置を用いて前記混合ガスから二酸化炭素を分離して予め準備した前記第１濃度調整ガスと前記第２濃度調整ガスを各別に貯蔵する第１容器と第２容器を備えていることを特徴とする請求項１８に記載の発電システム。
【請求項２０】
前記混合ガスが、有機物のメタン発酵により生成されたバイオガスに由来するガスを含むことを特徴とする請求項１〜１２、１４〜１９の何れか１項に記載の発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メタンを主成分として二酸化炭素を含む燃料ガスを消費して運動エネルギを発生するガスエンジンと、前記ガスエンジンが発生する前記運動エネルギにより駆動され発電する発電機を備えた発電システムに関し、特に、バイオマスや有機性廃棄物等の有機物のメタン発酵により生成されたバイオガスに由来するメタンと二酸化炭素を主成分とする混合ガスを燃料ガスとして使用する発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、バイオマスや下水汚泥等の有機性廃棄物のメタン発酵によって得られるバイオガスを新エネルギ源として活用することが注目されている。当該バイオガスは、化石燃料を代替するものとして、発電又はボイラ等の用途で利用されている。【０００３】
バイオガスは、メタンと二酸化炭素を主成分とし、メタンガスの製造条件（発酵条件）及び原料種によって、メタン濃度が約５０％〜７５％程度、二酸化炭素濃度が約２５％〜５０％程度の範囲で変動し得る。また、シロキサン、硫化水素等の硫黄化合物を微量に含んでおり、利用時に除去する必要がある。【０００４】
一方、バイオガス等のメタンを主成分とする混合ガスを燃料とするガスエンジンとしては、バイオガスを直接燃料として使用することを想定したバイオガスエンジンと、天然ガスを燃料として使用することを想定した天然ガスエンジンがある。天然ガスエンジンの燃料として、バイオガスを使用するためには、メタンの純度を９０％程度以上に上げるために、バイオガス中の二酸化炭素濃度を予め低減させておく必要がある。また、バイオガスエンジンの場合、混合ガス中の二酸化炭素濃度を、仕様値として、例えば３５％〜４０％程度に設定し許容している。【０００５】
バイオガスエンジンを用いた発電装置として、例えば、下記の特許文献１に、バイオガスをエンジンに供給する圧力に応じて、駆動するガスエンジンの総数及び余剰ガス燃焼装置の駆動を制御するバイオガス発電装置が開示されている。【０００６】
また、下記の特許文献２には、バイオガス中の二酸化炭素及び硫化水素を、アルカリ吸収液を用いて吸収分離してバイオガスを精製し、メタン濃度を安定的に９０％以上に高めてから、カスエンジンやガスタービンを用いたエンジン式の発電装置、または、燃料電池を用いた燃料電池式の発電装置の燃料として利用する発電システムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−２０９７０６号公報
【特許文献２】特開２００２−２７５４８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述のバイオガス等のメタンを主成分とする混合ガスを燃料とするバイオガスエンジン及び天然ガスエンジン等のガスエンジンでは、メタン濃度の変動は、エンジンの出力変動の要因となるだけではなく、エンジンに大きな負荷が掛かり、エンジンの耐用年数を低下させる要因となる。【０００９】
また、二酸化炭素濃度及びメタン濃度が大きく変動するバイオガスに対して、一定の二酸化炭素除去率で二酸化炭素の除去または分離を行っても、得られる混合ガスの二酸化炭素濃度及びメタン濃度は必ずしも安定しておらず、結果として、当該メタン濃度の変動がエンジンの耐用年数を低下させる要因となる。【００１０】
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、メタンを主成分として二酸化炭素を含む燃料ガスをエンジンに供給して発電する発電システムにおいて、燃料ガスの二酸化炭素濃度及びメタン濃度の変動を抑制して、エンジンに掛かる負荷を低減して、エンジンの高寿命化が可能な発電システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る発電システムは、メタンを主成分として二酸化炭素を含む燃料ガスを消費して運動エネルギを発生するガスエンジンと、前記ガスエンジンが発生する前記運動エネルギにより駆動され発電する発電機を備えた発電システムであって、外部から供給されるメタンと二酸化炭素を主成分とする混合ガスに対して、前記混合ガス中のメタンと二酸化炭素の少なくとも何れか一方の対象成分ガスの濃度を、前記ガスエンジンの前記燃料ガス中の前記対象成分ガスの濃度に対する設定範囲内に制御して、前記燃料ガスとして、前記ガスエンジンに供給する燃料ガス供給装置と、前記混合ガスの二酸化炭素濃度とメタン濃度の少なくとも何れか一方の濃度を計測するガス濃度センサと、を更に備え、
前記燃料ガス供給装置が、前記混合ガス中の二酸化炭素を除去する二酸化炭素除去装置と、前記二酸化炭素除去装置の二酸化炭素除去率の増減に影響する運転条件を制御する運転条件制御装置を備え、
前記ガス濃度センサが、前記二酸化炭素除去装置の前段及び後段の少なくとも何れか一方に配置され、
前記運転条件制御装置が、前記ガス濃度センサの計測結果に基づいて、前記二酸化炭素除去装置の前記運転条件を制御することにより、前記混合ガス中のメタンと二酸化炭素の濃度を制御することを第１の特徴とする。【００１２】
上記第１の特徴の発電システムによれば、燃料ガス供給装置に外部から供給される混合ガスのメタン濃度及び二酸化炭素濃度がバイオガスのように大きく変動しても、二酸化炭素除去装置の二酸化炭素除去率を当該濃度変動に応じて増減させる制御が可能であるので、メタン濃度または二酸化炭素濃度が使用するガスエンジンに応じた設定範囲内に制御された混合ガスが、燃料ガスとしてガスエンジンに供給されるため、外部から供給される混合ガスの上記濃度変動が大きくてもガスエンジンに掛かる負荷を大幅に軽減でき、ガスエンジンの長寿命化を図ることができる。例えば、混合ガスが、或る二酸化炭素濃度及びメタン濃度で安定的に供給されており、二酸化炭素除去装置が当該混合ガスに対して或る二酸化炭素除去率で二酸化炭素を除去して、二酸化炭素濃度を低下させ、メタン濃度を高めて、二酸化炭素濃度とメタン濃度の少なくとも何れか一方をガスエンジンの設定範囲に制御して、安定的にガスエンジンの運転を行っている状況において、混合ガスの二酸化炭素濃度が増加し、メタン濃度が低下した場合、運転条件制御装置が、二酸化炭素除去装置の運転条件を制御して、二酸化炭素除去率を増加させることで、混合ガスの二酸化炭素濃度の増加、及び、メタン濃度の低下を抑制することができるため、上述の安定的なガスエンジンの運転を維持することができる。混合ガスの二酸化炭素濃度が低下し、メタン濃度が増加した場合には、運転条件制御装置が、二酸化炭素除去装置の運転条件を制御して、二酸化炭素除去率を低下させることで、同様に、上述の安定的なガスエンジンの運転を維持することができる。【００１３】
尚、二酸化炭素濃度が低下または増加すると、メタン濃度は増加または低下する関係にあるので、二酸化炭素とメタンの何れか一方を濃度計測または濃度制御の対象（対象成分ガス）とすれば、他方の濃度計測または濃度制御も可能となる。従って、二酸化炭素とメタンの両方を夫々対象成分ガスとして、各別に濃度計測と濃度制御を行うことは必ずしも必要ではないが、当該両方を夫々対象成分ガスとして、各別に濃度計測と濃度制御を行ってもよい。【００１４】
また、ガス濃度センサが二酸化炭素濃度とメタン濃度の少なくとも何れか一方の濃度を計測する対象となる混合ガスは、燃料ガス供給装置において、対象成分ガスの濃度が設定範囲内に制御される前後何れか一方、または、前後両方の混合ガスであってもよい。【００１５】
更に、本発明に係る発電システムは、上記第１の特徴に加えて、前記二酸化炭素除去装置が、前記混合ガス中に含まれる二酸化炭素をメタンに対して選択的に分離する二酸化炭素分離膜と、前記二酸化炭素分離膜によって隔てられた第１処理室と第２処理室を備えて構成され、
前記第１処理室に、前記混合ガスを前記第１処理室内に受け入れる第１受入口と、前記対象成分ガスの濃度が制御された前記第１処理室内の前記混合ガスを前記燃料ガスとして排出する第１排出口が設けられ、
前記第２処理室に、前記二酸化炭素分離膜を介して前記第１処理室から前記第２処理室へ透過したガスを排出する第２排出口が設けられ、
前記運転条件制御装置が、前記二酸化炭素分離膜の二酸化炭素除去率の増減に影響する運転条件として、前記第１処理室内に供給される前記混合ガスの流量、前記第１処理室内の圧力、前記第２処理室内の圧力、前記二酸化炭素分離膜の周囲温度、及び、前記二酸化炭素分離膜の膜面積を含む制御対象運転条件候補の内の少なくとも１つを、前記ガス濃度センサの計測結果に基づいて制御することを第２の特徴とする。【００１６】
更に、本発明に係る発電システムは、上記第２の特徴に加えて、前記第２処理室が、スイープガスを前記第２処理室内に受け入れる第２受入口を有し、前記二酸化炭素分離膜を介して前記第１処理室から前記第２処理室へ透過したガスと前記スイープガスが前記第２排出口から排出されるように構成され、前記制御対象運転条件候補に、前記第２処理室内に供給される前記スイープガスの流量が含まれていることを第３の特徴とする。【００１７】
上記第２または第３の特徴の発電システムによれば、運転条件制御装置が二酸化炭素除去装置の運転条件を制御して行う二酸化炭素除去率の増減は、二酸化炭素分離膜の上記した複数の運転条件の中から、二酸化炭素濃度とメタン濃度の変動の程度に応じて、１つまたは２つ以上を組み合わせて使用することができ、より精度の高い二酸化炭素濃度とメタン濃度の制御が可能となる。【００１８】
更に、本発明に係る発電システムは、上記第２または第３の特徴に加えて、前記二酸化炭素分離膜が、メタンと反応せずに二酸化炭素と選択的に反応する二酸化炭素キャリアが添加された促進輸送膜であり、前記制御対象運転条件候補に、前記第１処理室内の相対湿度及び前記第２処理室内の相対湿度の少なくとも何れか一方の増減に影響する１以上の運転条件が含まれていることを第４の特徴とする。【００１９】
ここで、「二酸化炭素キャリア」とは、当該キャリアを構成する物質が膜内に含有されることで、促進輸送機構によって、二酸化炭素の膜透過速度が促進されるという効果を有する物質である。【００２０】
上記第４の特徴の発電システムによれば、促進輸送膜中の二酸化炭素キャリアが、混合ガス中の二酸化炭素に対して選択的に反応し、メタンに対して二酸化炭素を選択的に分離するため、メタンと二酸化炭素の効率的な分離が可能となる。つまり、効率的に、混合ガスの二酸化炭素濃度を低下させ、メタン濃度を増加させることが、可能となる。また、促進輸送膜では、二酸化炭素とキャリアの反応時に発生するエネルギはキャリアが二酸化炭素を放出するためのエネルギに利用されるため、外部からエネルギを供給する必要がなく、本質的に省エネルギであるので、混合ガス中のメタンと二酸化炭素に対する濃度制御の省エネルギ化が図れる。更に、二酸化炭素分離膜は、促進輸送膜の場合は特に、小さい膜面積で効率的な二酸化炭素の分離が可能であるため、他の二酸化炭素除去装置に比べて、装置の小型化が可能であり、結果として、発電システム全体の小型化が可能となる。【００２１】
更に、上記第４の特徴の発電システムは、前記第１処理室内に供給される前記混合ガス、及び、前記第２処理室内に供給される前記スイープガスの少なくとも何れか一方に水蒸気が含まれていることが好ましい。但し、前記スイープガスに水蒸気が含まれている場合は、上記第３の特徴を有する場合に限る。これにより、二酸化炭素の促進輸送機構に必要な水分が膜中に確保されるため、促進輸送膜としての本来の性能が発揮される。【００２２】
更に、本発明に係る発電システムは、上記第４の特徴に加えて、前記第１処理室内に供給される前記混合ガス、及び、前記第２処理室内に供給される前記スイープガスの少なくとも何れか一方の対象ガスに水蒸気を供給する水蒸気供給部を備えることを第５の特徴とする。但し、前記対象ガスが前記スイープガスを含む場合は、上記第３の特徴を有する場合に限る。【００２３】
上記第５の特徴の発電システムによれば、二酸化炭素の促進輸送機構に必要な水分が膜中に確保されるため、促進輸送膜としての本来の性能が発揮される。【００２４】
更に、上記第５の特徴の発電システムは、前記運転条件制御装置が、前記対象ガスに対する前記水蒸気供給部からの水蒸気添加量を、前記制御対象運転条件候補の１つとして制御することが好ましい。これにより、前記対象ガスの相対湿度の制御が容易に行える。【００２５】
更に、上記第５の特徴の発電システムは、前記水蒸気供給部は、前記ガスエンジンから排出される高温の排出ガスとの熱交換により水を加熱して生成された水蒸気を、前記対象ガスに供給すること、または、前記水蒸気供給部は、前記ガスエンジンから排出される排出ガスに含まれる水蒸気を、前記対象ガスに供給することが好ましい。これにより、排出ガス中の廃熱または廃水蒸気の有効利用が図れ、発電システム全体での省エネルギ化が一層図れる。【００２６】
更に、本発明に係る発電システムは、上記第４または第５の特徴に加えて、前記混合ガスが、有機物のメタン発酵により生成されたバイオガスに由来するガスを含み、前記混合ガス中に含まれる硫黄成分を除去する超高次脱硫触媒を用いた脱硫装置を備えることを第６の特徴とする。【００２７】
上記第６の特徴の発電システムによれば、混合ガス中に含まれる硫黄成分が二酸化炭素キャリアに及ぼす影響を予め排除できるため、促進輸送膜としての本来の性能が維持される。【００２８】
更に、本発明に係る発電システムは、上記何れかの特徴に加えて、前記燃料ガス供給装置が、前記対象成分ガスが二酸化炭素の場合は前記設定範囲より前記対象成分ガスの濃度の低い、または、前記対象成分ガスがメタンの場合は前記設定範囲より前記対象成分ガスの濃度の高い、メタンを主成分とする第１濃度調整ガスを前記混合ガスに供給する第１ガス供給装置を備え、
前記第１ガス供給装置が、前記ガス濃度センサの計測結果に基づいて、前記対象成分ガスが二酸化炭素で、前記混合ガスの前記対象成分ガスの濃度が前記設定範囲より高い場合、または、前記対象成分ガスがメタンで、前記混合ガスの前記対象成分ガスの濃度が前記設定範囲より低い場合に、前記混合ガスに前記第１濃度調整ガスを供給して、前記混合ガス中のメタンと二酸化炭素の濃度を制御することを第７の特徴とする。【００２９】
上記第７の特徴の発電システムによれば、混合ガスのメタン濃度の低下及び二酸化炭素濃度の増加の変動幅が大きい場合、または、当該変動が急激に発生した場合等において、運転条件制御装置による二酸化炭素除去装置の運転条件の制御だけでは、当該濃度変動に対して十分に対応できず、二酸化炭素濃度またはメタン濃度を設定範囲内に制御困難な場合、更には、運転条件制御装置または二酸化炭素除去装置が何らかの理由で機能しない場合であっても、第１濃度調整ガスを混合ガスに供給することで、直接的に、メタン濃度の低下及び二酸化炭素濃度の増加を抑制することが可能となり、二酸化炭素濃度またはメタン濃度を設定範囲内に制御することが可能となる。【００３０】
更に、上記第７の特徴の発電システムは、前記第１ガス供給装置が、前記混合ガス中に含まれる二酸化炭素をメタンに対して選択的に分離する第２の二酸化炭素除去装置と、前記第２の二酸化炭素除去装置を用いて前記混合ガスから二酸化炭素を分離して予め準備した前記第１濃度調整ガスを貯蔵する第１容器と、を備えていることが好ましい。これにより、第１濃度調整ガスを、燃料ガス供給装置に外部から供給する混合ガスを用いて予め準備しておけるので、第１濃度調整ガス用に別途天然ガス等の高純度のメタンガスを準備する必要がない。【００３１】
更に、本発明に係る発電システムは、上記何れかの特徴に加えて、前記燃料ガス供給装置が、前記対象成分ガスが二酸化炭素の場合は前記設定範囲より前記対象成分ガスの濃度の高い、または、前記対象成分ガスがメタンの場合は前記設定範囲より前記対象成分ガスの濃度の低い、二酸化炭素またはメタンと二酸化炭素を主成分とする第２濃度調整ガスを前記混合ガスに供給する第２ガス供給装置を備え、
前記第２ガス供給装置が、前記ガス濃度センサの計測結果に基づいて、前記対象成分ガスが二酸化炭素で、前記混合ガスの前記対象成分ガスの濃度が前記設定範囲より低い場合、または、前記対象成分ガスがメタンで、前記混合ガスの前記対象成分ガスの濃度が前記設定範囲より高い場合に、前記混合ガスに前記第２濃度調整ガスを供給することを第８の特徴とする。【００３２】
上記第８の特徴の発電システムによれば、混合ガスのメタン濃度の増加及び二酸化炭素濃度の低下の変動幅が大きい場合、または、当該変動が急激に発生した場合等において、運転条件制御装置による二酸化炭素除去装置の運転条件の制御だけでは、当該濃度変動に対して十分に対応できず、二酸化炭素濃度またはメタン濃度を設定範囲内に制御困難な場合、更には、運転条件制御装置または二酸化炭素除去装置が何らかの理由で機能しない場合であっても、第２濃度調整ガスを混合ガスに供給することで、直接的に、メタン濃度の増加及び二酸化炭素濃度の低下を抑制することが可能となり、二酸化炭素濃度またはメタン濃度を設定範囲内に制御することが可能となる。【００３３】
更に、上記第８の特徴の発電システムは、前記第２ガス供給装置が、前記第２濃度調整ガスを貯蔵する第２容器を備え、前記第２濃度調整ガスが、前記二酸化炭素除去装置によって前記混合ガスから除去された二酸化炭素を含むことが好ましい。これにより、二酸化炭素除去装置によって混合ガスから除去された二酸化炭素の再利用が図れ、第２濃度調整ガス用に、別途、二酸化炭素を準備する必要がない。また、二酸化炭素除去装置によって混合ガスから除去された二酸化炭素に、混合ガス中に含まれていたメタンが一部含まれている場合は、当該メタンの有効利用も図れる。【００３４】
本発明に係る発電システムは、メタンを主成分として二酸化炭素を含む燃料ガスを消費して運動エネルギを発生するガスエンジンと、前記ガスエンジンが発生する前記運動エネルギにより駆動され発電する発電機を備えた発電システムであって、外部から供給されるメタンと二酸化炭素を主成分とする混合ガスに対して、前記混合ガス中のメタンと二酸化炭素の少なくとも何れか一方の対象成分ガスの濃度を、前記ガスエンジンの前記燃料ガス中の前記対象成分ガスの濃度に対する設定範囲内に制御して、前記燃料ガスとして、前記ガスエンジンに供給する燃料ガス供給装置と、前記混合ガスの二酸化炭素濃度とメタン濃度の少なくとも何れか一方の濃度を計測するガス濃度センサと、を更に備え、
前記燃料ガス供給装置が、前記対象成分ガスが二酸化炭素の場合は前記設定範囲より前記対象成分ガスの濃度の低い、または、前記対象成分ガスがメタンの場合は前記設定範囲より前記対象成分ガスの濃度の高い、メタンを主成分とする第１濃度調整ガスを前記混合ガスに供給する第１ガス供給装置と、前記対象成分ガスが二酸化炭素の場合は前記設定範囲より前記対象成分ガスの濃度の高い、または、前記対象成分ガスがメタンの場合は前記設定範囲より前記対象成分ガスの濃度の低い、二酸化炭素またはメタンと二酸化炭素を主成分とする第２濃度調整ガスを前記混合ガスに供給する第２ガス供給装置と、を備え、
前記第１ガス供給装置が、前記ガス濃度センサの計測結果に基づいて、前記対象成分ガスが二酸化炭素で、前記混合ガスの前記対象成分ガスの濃度が前記設定範囲より高い場合、または、前記対象成分ガスがメタンで、前記混合ガスの前記対象成分ガスの濃度が前記設定範囲より低い場合に、前記混合ガスに前記第１濃度調整ガスを供給して、前記混合ガス中のメタンと二酸化炭素の濃度を制御し、
前記第２ガス供給装置が、前記ガス濃度センサの計測結果に基づいて、前記対象成分ガスが二酸化炭素で、前記混合ガスの前記対象成分ガスの濃度が前記設定範囲より低い場合、または、前記対象成分ガスがメタンで、前記混合ガスの前記対象成分ガスの濃度が前記設定範囲より高い場合に、前記混合ガスに前記第２濃度調整ガスを供給して、前記混合ガス中のメタンと二酸化炭素の濃度を制御することを第９の特徴とする。【００３５】
上記第９の特徴の発電システムによれば、燃料ガス供給装置に外部から供給される混合ガスのメタン濃度及び二酸化炭素濃度がバイオガスのように大きく変動しても、当該濃度変動に応じて、第１濃度調整ガスと第２濃度調整ガスの何れか一方を混合ガスに供給して、混合ガス中のメタンと二酸化炭素の濃度を制御することが可能であるので、メタン濃度または二酸化炭素濃度が使用するガスエンジンに応じた設定範囲内に制御された混合ガスが、燃料ガスとしてガスエンジンに供給されるため、外部から供給される混合ガスの上記濃度変動が大きくてもガスエンジンに掛かる負荷を大幅に軽減でき、ガスエンジンの長寿命化を図ることができる。例えば、混合ガスが、或る二酸化炭素濃度及びメタン濃度で安定的に供給され、ガスエンジンが安定して運転している状況において、混合ガスの二酸化炭素濃度が増加し、メタン濃度が低下した場合、第１ガス供給装置が、混合ガスに第１濃度調整ガスを供給して、混合ガスの二酸化炭素濃度の増加、及び、メタン濃度の低下を抑制することができるため、上述の安定したガスエンジンの運転を維持することができる。混合ガスの二酸化炭素濃度が低下し、メタン濃度が増加した場合には、第２ガス供給装置が、混合ガスに第２濃度調整ガスを供給して、混合ガスの二酸化炭素濃度の低下、及び、メタン濃度の増加を抑制することができるため、同様に、上述の安定したガスエンジンの運転を維持することができる。【００３６】
更に、上記第９の特徴の発電システムは、前記燃料ガス供給装置が、前記混合ガス中に含まれる二酸化炭素をメタンに対して選択的に分離する二酸化炭素除去装置と、前記二酸化炭素除去装置を用いて前記混合ガスから二酸化炭素を分離して予め準備した前記第１濃度調整ガスと前記第２濃度調整ガスを各別に貯蔵する第１容器と第２容器を備えていることが好ましい。これにより、二酸化炭素除去装置に混合ガスが供給されると、当該混合ガスの二酸化炭素濃度が低下し、メタン濃度が増加するため、第１濃度調整ガスを準備することができ、二酸化炭素除去装置で分離された二酸化炭素を回収することで、第２濃度調整ガスを準備することができ、これらの予め準備された第１濃度調整ガスと第２濃度調整ガスを各別に第１容器と第２容器に貯蔵することができ、第１ガス供給装置と第２ガス供給装置の利用に供することができる。【００３７】
更に、上記何れかの特徴の発電システムは、前記混合ガスが、有機物のメタン発酵により生成されたバイオガスに由来するガスを含むことが好ましい。これにより、バイオガスを利用した高耐用年数の発電システムが実現できる。
【発明の効果】
【００３８】
本発明に係る発電システムによれば、メタンを主成分として二酸化炭素を含む燃料ガスをエンジンに供給して発電する発電システムにおいて、燃料ガスの二酸化炭素濃度及びメタン濃度の変動を抑制して、安定したガスエンジンの運転を維持することができ、高耐用年数の発電システムが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】第１及び第２実施形態に係る発電システムの概略の構成例を模式的に示すブロック図。
【図２】第１〜第３実施形態で使用するＣＯ２分離膜を備えたＣＯ２除去装置の概略の構造を模式的に示す断面図
【図３】第１実施形態に係る燃料ガス供給装置、運転条件制御装置、及び、水蒸気供給部の構成例を模式的に示すブロック図。
【図４】水蒸気供給部の別の構成例を模式的に示すブロック図。
【図５】ＣＯ２除去装置のＣＯ２回収率及び燃料ガスのＣＨ４純度と、供給ガス流量Ｆｆとの間の関係をシミュレーションした結果を示すグラフ。
【図６】ＣＯ２除去装置のＣＯ２回収率及び燃料ガスのＣＨ４純度と、供給側圧力Ｐｆとの間の関係をシミュレーションした結果を示すグラフ。
【図７】ＣＯ２除去装置のＣＯ２回収率及び燃料ガスのＣＨ４純度と、透過側圧力Ｐｓとの間の関係をシミュレーションした結果を示すグラフ。
【図８】ＣＯ２除去装置のＣＯ２回収率及び燃料ガスのＣＨ４純度と、スイープガス流量Ｆｓとの間の関係をシミュレーションした結果を示すグラフ。
【図９】ＣＯ２除去装置のＣＯ２回収率及び燃料ガスのＣＨ４純度と、周囲温度Ｔａとの間の関係をシミュレーションした結果を示すグラフ。
【図１０】ＣＯ２除去装置のＣＯ２回収率及び燃料ガスのＣＨ４純度と、膜面積Ｓｍとの間の関係をシミュレーションした結果を示すグラフ。
【図１１】図５〜図１０に示す各シミュレーション結果を得るために使用した条件を示す一覧表。
【図１２】第２実施形態に係る燃料ガス供給装置、及び、運転条件制御装置の構成例を模式的に示すブロック図。
【図１３】第２実施形態に係る第１ガス供給装置の構成例を模式的に示すブロック図。
【図１４】第２実施形態に係る第２ガス供給装置の構成例を模式的に示すブロック図。
【図１５】第２実施形態に係る燃料ガス供給装置、及び、運転条件制御装置の別の構成例を模式的に示すブロック図。
【図１６】第２実施形態に係る第１ガス供給装置の別の構成例を模式的に示すブロック図。
【図１７】第３実施形態に係る発電システムの概略の構成例を模式的に示すブロック図。
【図１８】第３実施形態に係る燃料ガス供給装置の構成例を模式的に示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下、本発明の幾つかの実施形態に係る発電システム（以下、適宜、「本システム」と称す。）について、図面を参照して説明する。
【００４１】
［第１実施形態］
最初に、第１実施形態に係る本システムの概略構成について図面を参照して説明する。図１は、本システム１０の概略の構成例を模式的に示すブロック図である。
【００４２】
図１に示すように、本システム１０は、ガスエンジン１１、発電機１２、燃料ガス供給装置１３、及び、ガス濃度センサ１４を備えて構成される。本実施形態では、図１に示すように、ガスエンジン１１と発電機１２は、夫々１台ずつを備える場合を想定しているが、１台の燃料ガス供給装置１３に対して、複数のガスエンジン１１、或いは、複数組のガスエンジン１１と発電機１２を備える構成であってもよい。尚、図１中の矢印は、ガスが流れる流路及び向きを簡略化して示したものである。また、ガス流路において必要となる３方弁や混合弁等の記載は割愛している。これらは、以降で説明する本システムの各要部構成図についても同様とする。また、各要部構成図において、同一の構成要素については、同一の符号を付すこととし、その説明を省略することがある。
【００４３】
ガスエンジン１１は、バイオガス或いは天然ガス等のメタンを主成分として二酸化炭素を含む燃料ガスＦＧを空気と混合して燃焼室内で燃焼させ、当該燃料ガスＦＧの燃焼反応により発生した熱エネルギを運動エネルギに変換して出力するバイオガスエンジン或いは天然ガスエンジン等である。ガスエンジン１１の運転制御（例えば、燃料ガスＦＧの供給量と供給タイミング、点火タイミング、スロットルの開度（空気の供給量）、バルブタイミング（吸気バルブと排気バルブの開閉タイミング）等の制御）を行うエンジン制御ユニットは、ガスエンジン１１の一部として付属しており、図１では、図示を省略している。また、エンジン制御ユニットを含むガスエンジン１１に運転に必要な電力を供給する補助電源（蓄電池等）も図示を省略している。
【００４４】
発電機１２は、回転子と固定子を備えた同期発電機または誘導発電機等の交流発電機を用いて構成され、ガスエンジン１１から供給される運動エネルギを電気エネルギに変換して交流電力を出力する。交流発電機の構造及び形式は、特定の構造及び形式に限定されるものではない。発電機１２から出力される交流電力は、必要に応じて、インバータ装置１５に出力され、インバータ装置１５において、発電機１２から出力される１次交流電力が一旦直流電力に変換された後、所望の周波数、電圧、形式（単相または３相）の２次交流電力に変換され、所定の電力負荷に供給され、また、必要に応じて系統連系される。インバータ装置１５は、必ずしも、本システム１０の構成要素ではないが、本システム１０の一部としてもよい。
【００４５】
燃料ガス供給装置１３は、外部から供給されたメタンと二酸化炭素を主成分とする混合ガスＭＧに対して、混合ガスＭＧ中のメタンと二酸化炭素の少なくとも何れか一方の対象成分ガスの濃度（ドライベース）を、ガスエンジン１１の燃料ガスＦＧ中の対象成分ガスの濃度（ドライベース）に対する設定範囲内に制御して、燃料ガスＦＧとしてガスエンジン１１に供給する装置である。本実施形態では、混合ガスＭＧとして、バイオマスや下水汚泥等の有機性廃棄物のメタン発酵によって得られるバイオガスに由来する混合ガスの使用を想定する。尚、バイオガス由来の混合ガスＭＧは、バイオガス由来の成分のうち、硫化水素、シロキサン等の不純物は、既存の脱硫装置、活性炭吸着方式のシロキサン除去装置等の不純物除去装置（不図示）を用いて、燃料ガス供給装置１３に供給される前に予め取り除かれている。以下、特に断らない限り、各実施形態の説明において、混合ガスＭＧ及び燃料ガスＦＧ等の二酸化炭素濃度及びメタン濃度はドライベースの濃度である。
【００４６】
脱硫装置としては吸収液を用いた湿式脱硫法や酸化亜鉛や酸化鉄等の硫黄吸着材を用いた吸着脱硫方式が使用できる。また、銅亜鉛系の超高次脱硫触媒を用いればｐｐｂレベル以下まで完全に硫黄を除去することができる。特に、後述するＣＯ２分離膜２０に促進輸送膜を用いる場合、促進輸送膜は用いるキャリアの種類やその濃度によっては、硫化水素の影響を受けることがあるため、超高次脱硫触媒を用いるのが好ましい。
【００４７】
混合ガスＭＧは、バイオガスの製造設備から、パイプライン及び上記不純物除去装置等を介して、燃料ガス供給装置１３に直接供給される構成、或いは、バイオガスをバイオガスの製造設備から貯蔵タンクに一時的に貯蔵した後、パイプライン及び上記不純物除去装置等を介して、燃料ガス供給装置１３に供給される構成等、種々の供給態様が利用できる。
【００４８】
更に、燃料ガス供給装置１３は、混合ガスＭＧ中の二酸化炭素を除去するＣＯ２除去装置１６と、ＣＯ２除去装置１６の二酸化炭素除去率の増減に影響する運転条件を制御する運転条件制御装置１７を備える。
【００４９】
ＣＯ２除去装置１６は、膜分離法、化学吸収法、圧力スイング吸着（ＰＳＡ：ＰｒｅｓｓｕｒｅＳｗｉｎｇ Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）法、熱スイング吸着（ＴＳＡ：Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｓｗｉｎｇ Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）法、等の種々のガス分離方式によるものが利用可能であるが、本実施形態では、膜分離法によるＣＯ２分離膜２０を備えて構成される。
【００５０】
具体的には、ＣＯ２除去装置１６は、図２（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、ＣＯ２分離膜２０と、ＣＯ２分離膜２０によって隔てられた第１処理室２１と第２処理室２２を備えて構成される。第１処理室２１には、混合ガスＭＧを第１処理室２１内に受け入れる第１受入口２１ａと、第１処理室２１内で混合ガスＭＧ中の上記対象成分ガス（メタンまたは二酸化炭素）の濃度が後述する要領で上記設定範囲（メタン濃度の設定範囲Ｗｃｈ４、または、二酸化炭素濃度の設定範囲Ｗｃｏ２）内に制御された混合ガスを、燃料ガスＦＧとして、第１処理室２１外に排出する第１排出口２１ｂが設けられている。また、第２処理室２２には、スイープガスＳＧを第２処理室２２内に受け入れる第２受入口２２ａと、ＣＯ２分離膜２０を介して第１処理室２１から第２処理室２２へ透過した混合ガスＭＧの一部とスイープガスＳＧの混合ガスＥＧを排出する第２排出口２２ｂが設けられている。尚、図２（Ａ）は、ＣＯ２分離膜２０が平板状の場合について、ＣＯ２除去装置１６の概略構造を夫々模式的に示した２種類の断面図である。図２（Ａ）の各断面図の断面は、ＣＯ２分離膜２０に直交し、互いに直交する。図２（Ｂ）は、ＣＯ２分離膜２０が円筒形状の場合について、ＣＯ２除去装置１６の概略構造を夫々模式的に示した２種類の断面図である。図２（Ａ）の各断面図の断面は、円筒形状のＣＯ２分離膜２０に軸心を通る断面と、当該軸心と直交する断面である。よって、図２（Ａ）及び（Ｂ）の各部の寸法比は、必ずしも、実際のＣＯ２除去装置１６の各部の寸法比とは一致していない。尚、図２（Ａ）及び（Ｂ）中の矢印は、各部のガスの流れる方向を模式的に示したものである。
【００５１】
メタン濃度の設定範囲Ｗｃｈ４として、ガスエンジン１１がバイオガスエンジンの場合は、例えば、６５％±５％または７０％±５％等が想定され、ガスエンジン１１が天然ガスエンジンの場合は、例えば、８０％±５％または８５％±５％等が想定される。また、二酸化炭素濃度の設定範囲Ｗｃｏ２として、ガスエンジン１１がバイオガスエンジンの場合は、例えば、３５％±５％または３０％±５％等が想定され、ガスエンジン１１が天然ガスエンジンの場合は、例えば、２０％±５％または１５％±５％等が想定される。但し、メタン濃度の設定範囲Ｗｃｈ４と二酸化炭素濃度の設定範囲Ｗｃｏ２の両方を設定する場合には、メタン濃度が設定範囲Ｗｃｈ４内にある場合は、二酸化炭素濃度も設定範囲Ｗｃｏ２内となるように設定する必要がある。
【００５２】
ＣＯ２分離膜２０として、本実施形態では、メタンとは反応せずに二酸化炭素と選択的に反応する周知のＣＯ２キャリアがゲル膜中に添加されたＣＯ２促進輸送膜を使用する。ＣＯ２促進輸送膜では、二酸化炭素は溶解・拡散機構による物理透過に加えて、ＣＯ２キャリアとの反応生成物としても透過するため透過速度が促進される。一方、ＣＯ２キャリアと反応しないメタン、窒素、水素等のガスは溶解・拡散機構のみでしか透過しないため、これらのガスに対する二酸化炭素の分離係数は極めて大きい。アルゴン、ヘリウムのような不活性ガスについても同様であり、ＣＯ２キャリアと反応しないため、二酸化炭素と比較した透過性は極めて小さい。更に、二酸化炭素とＣＯ２キャリアの反応時に発生するエネルギはＣＯ２キャリアが二酸化炭素を放出するためのエネルギに利用されるため、外部からエネルギを供給する必要がなく、本質的に省エネルギプロセスとなる。
【００５３】
ＣＯ２キャリアとしては、例えば、炭酸セシウム若しくは重炭酸セシウム、又は、炭酸ルビジウム若しくは重炭酸ルビジウム等のアルカリ金属の炭酸化物又は重炭酸化物が挙げられる。同様に、水酸化セシウム又は水酸化ルビジウム等のアルカリ金属の水酸化物も、二酸化炭素と反応して炭酸化物や重炭酸化物が生成されるため、等価物と言える。他には、２，３‐ジアミノプロピオン酸塩（ＤＡＰＡ）、グリシンといったアミノ酸が、高いＣＯ２選択透過性能を示すことが知られている。
【００５４】
また、ＣＯ２促進輸送膜は、上記ＣＯ２キャリアをゲル膜内に含んで構成されたゲル層を、親水性または疎水性の多孔膜に担持させて構成することができる。ゲル膜を構成する膜材料としては、例として、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）膜、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）膜、ポリビニルアルコール−ポリアクリル酸（ＰＶＡ／ＰＡＡ）塩共重合体膜、等が挙げられる。当該構成のＣＯ２促進輸送膜は、高いＣＯ２選択透過性能を示すことが知られている（例えば、特許４６２１２９５号、特開２００８−０３６４６３号、特開２０１３−０４９０４８号等の特許公報、公開特許公報を参照）。
【００５５】
但し、ＣＯ２促進輸送膜は、膜内に水分が無い場合には二酸化炭素の透過速度は非常に小さく、高い透過速度を得るには膜内の水分が不可欠となる。このため、ゲル膜は、ハイドロゲル膜であることが好ましい。ゲル膜を保水性の高いハイドロゲル膜で構成することにより、ゲル膜内の水分が少なくなる環境下（例えば、１００℃以上の高温）においても、可能な限り膜内に水分を保持することが可能となり、高いＣＯ２パーミアンスを実現できる。上述の例において、ポリビニルアルコール−ポリアクリル酸（ＰＶＡ／ＰＡＡ）塩共重合体膜及びポリアクリル酸膜は、ハイドロゲル膜である。尚、ハイドロゲルは、親水性ポリマーが化学架橋または物理架橋により架橋することで形成された三次元網目構造物であり、水を吸収することで膨潤する性質を有する。
【００５６】
本実施形態では、ＣＯ２分離膜２０としてＣＯ２促進輸送膜を使用するため、上述のようにゲル膜内に必要な水分の供給を行う。このため、ＣＯ２除去装置１６は、混合ガスＭＧとスイープガスＳＧの両方にスチーム（水蒸気）を供給する水蒸気供給部１８を備える。水蒸気供給部１８は、内部でスチームを生成するか、或いは、外部からスチームの供給を受けて、図３に示すように、第１受入口２１ａに接続する第１供給管２３ａと、第２受入口２２ａに接続する第２供給管２４ａに、上記スチームを各別に供給する。これにより、混合ガスＭＧとスイープガスＳＧの各相対湿度を、任意の所定値に各別に設定することができる。尚、水蒸気供給部１８が内部でスチームを生成する場合、ガスエンジン１１から排出される高温の排出ガスとの熱交換により水を加熱して当該スチームを生成してもよい。これにより、当該排出ガスの廃熱を有効に利用することができる。
【００５７】
更に、本実施形態では、水蒸気供給部１８から混合ガスＭＧにスチームが添加されるため、第１排出口２１ｂから排出された直後の燃料ガスＦＧ中にもスチーム（水蒸気）が含まれている。燃料ガスＦＧをガスエンジン１１に供給する前に、当該スチームを燃料ガスＦＧから除去する処理を行うために、本実施形態では、第１排出口２１ｂに接続する第１排気管２３ｂに水蒸気除去部１９を設置している。
【００５８】
水蒸気除去部１９は、凝縮器を用いるものや、パーフルオロ系膜（またはパーフルオロスルホン酸系膜）等の水蒸気透過膜を用いる公知の構成が利用可能である。例えば、水蒸気透過膜を用いる場合、スチームは冷却された液体状態の水ではなく、気体状態で（潜熱を有した状態で）回収されるため、除去されたスチームの少なくとも一部をそのまま水蒸気供給部１８に戻し、混合ガスＭＧとスイープガスＳＧに混合するスチームとして再利用することができる（図３参照）。水蒸気透過膜として、上記の促進輸送膜を用いることも可能である。この場合、促進輸送膜は、ＣＯ２分離膜２０と異なる材料で構成しても、同じ材料で構成してもよい。促進輸送膜を用いた水蒸気選択透過膜の例が、国際公開第２０１２／０１４９００号に開示されている。
【００５９】
更に、図４に示すように、ガスエンジン１１から排出される排出ガスＸＧの流路上に、水蒸気分離部１８ａを設け、排出ガスＸＧに含まれる水蒸気を分離するようにしてもよい。分離された水蒸気は、水蒸気供給部１８に供給され、混合ガスＭＧ及びスイープガスＳＧに添加することができる。水蒸気分離部１８ａは、上述の水蒸気除去部１９と同様、水蒸気透過膜を用いる公知の構成が利用可能である。さらに、水蒸気分離部１８ａに、促進輸送膜を用いることもできる。
【００６０】
ＣＯ２促進輸送膜は、図２（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、平板状または筒状（例えば、円筒状）等、種々の形状が考えられる。例えば、ＣＯ２促進輸送膜が、円筒形状の多孔質支持体の外周側面または内周側面にＣＯ２キャリアを含んだゲル膜を形成して構成される場合は、当該円筒状のＣＯ２促進輸送膜の内側に、第１処理室２１と第２処理室２２の一方が形成され、その外側に、第１処理室２１と第２処理室２２の他方が形成される。更に、ＣＯ２除去装置１６の処理能力を高めるために、ＣＯ２促進輸送膜の膜面積を増大する必要がある場合には、平板状または筒状のＣＯ２促進輸送膜の個数を増やして、１つの筐体内に複数のＣＯ２促進輸送膜を設け、第１処理室２１と第２処理室２２の少なくとも一方を複数形成して、複数の第１処理室２１を相互に連通させ、または、複数の第２処理室２２を相互に連通させて、または、その両方を行い、膜面積の増大を図るようにしてもよい。
【００６１】
運転条件制御装置１７は、本実施形態では、ＣＯ２除去装置１６の二酸化炭素除去率の増減に影響する運転条件、つまり、ＣＯ２分離膜（ＣＯ２促進輸送膜）２０の二酸化炭素除去率の増減に影響する運転条件として、第１処理室２１内に供給される混合ガスＭＧの流量（供給ガス流量Ｆｆ）、第１処理室２１内の圧力（供給側圧力Ｐｆ）、第２処理室２２内の圧力（透過側圧力Ｐｓ）、第２処理室２２内に供給されるスイープガスＳＧの流量（スイープガス流量Ｆｓ）、ＣＯ２分離膜２０の周囲温度Ｔａ、ＣＯ２分離膜２０の膜面積Ｓｍを含む制御対象運転条件候補の内の少なくとも１つを、後述するガス濃度センサ１４の計測結果に基づいて制御する。運転条件制御装置１７は、上記制御対象運転条件候補に含まれる運転条件の少なくとも１つを制御することで、ＣＯ２除去装置１６の二酸化炭素除去率を増加または低下させ、その結果として、燃料ガスＦＧのメタン濃度または二酸化炭素濃度を、上記設定範囲Ｗｃｈ４または設定範囲Ｗｃｏ２内に維持する制御を行う。
【００６２】
ガス濃度センサ１４は、図１及び図３に示すように、第１受入口２１ａに接続する第１供給管２３ａ、つまり、ＣＯ２除去装置１６の前段に設置された、混合ガスＭＧのメタン濃度（ドライベース）と二酸化炭素濃度（ドライベース）の少なくとも何れか一方の濃度を測定するガスセンサである。本実施形態では、混合ガスＭＧはバイオガス由来であるので、ドライベースで、メタン濃度は、爆発上限界濃度（１５ｖｏｌ％）を超える約５０％〜７５％程度の範囲で変動し、二酸化炭素濃度は、約２５％〜５０％程度の範囲で変動する可能性があるので、ガス濃度センサ１４は、対象成分ガスがメタンと二酸化炭素の何れであっても、上記変動範囲をカバーする高濃度測定可能な周知のガスセンサを使用する。また、ガス濃度センサ１４は、ＣＯ２除去装置１６の後段に設置してもよい。この場合、ＣＯ２除去装置１６を通過後の混合ガス（燃料ガスＦＧ）のメタン濃度は、上記設定範囲Ｗｃｈ４内に制御され、二酸化炭素濃度は、上記設定範囲Ｗｃｏ２内に制御されるため、ガス濃度センサ１４は、対象成分ガスがメタンと二酸化炭素の何れであっても、上記設定範囲をカバーする高濃度測定可能な周知のガスセンサを使用する。尚、対象成分ガスがメタンと二酸化炭素の何れであっても、バイオガス由来の混合ガスＭＧでは、メタンと二酸化炭素の濃度変動が主として起こり、一方が増加すると、その分他方が低下する関係にあると、ガス濃度センサ１４は、メタン濃度と二酸化炭素濃度の一方だけを測定して、他方を一方の測定結果から導出するようにしてもよい。以下の説明では、メタン濃度と二酸化炭素濃度の一方の測定結果から他方を導出する場合も含め、「測定等」と総称する。
【００６３】
運転条件制御装置１７は、図３に示すように、上記運転条件として供給ガス流量Ｆｆを使用する場合には、第１受入口２１ａに接続する第１供給管２３ａに、混合ガスＭＧの流量を制御するマスフローコントローラ２５を介装し、上記運転条件として供給側圧力Ｐｆを使用する場合には、第１排出口２１ｂに接続する第１排気管２３ｂに背圧弁２６を介装し、背圧弁２６の上流側に圧力計２７を設け、上記運転条件としてスイープガス流量Ｆｓを使用する場合には、第２受入口２２ａに接続する第２供給管２４ａに、スイープガスＳＧの流量を制御するマスフローコントローラ２８を介装し、上記運転条件として透過側圧力Ｐｓを使用する場合には、第２排出口２２ｂに接続する第２排気管２４ｂに背圧弁２９を介装し、背圧弁２９の上流側に圧力計３０を設け、更に、マスフローコントローラ２５及び２８、背圧弁２６及び２９等を制御する制御部１７ａを備えて、上記各運転条件を制御可能な構成とする。尚、マスフローコントローラ２５及び２８は、マスフローメータとしても機能するので、マスフローコントローラ２５及び２８による供給ガス流量Ｆｆ及びスイープガス流量Ｆｓの制御状態は、自ら確認できる。また、圧力計２７は、背圧弁２６による供給側圧力Ｐｆの制御状態を確認するためのもので、圧力計３０は、背圧弁２９による透過側圧力Ｐｓの制御状態を確認するためのものである。従って、供給ガス流量Ｆｆ、供給側圧力Ｐｆ、スイープガス流量Ｆｓ、透過側圧力Ｐｓの内の何れの運転条件を制御対象として使用するかに応じて、マスフローコントローラ２５、背圧弁２６と圧力計２７、マスフローコントローラ２８、及び、背圧弁２９と圧力計３０の内の必要な組み合わせを上記所定箇所に設置する。制御部１７ａは、マイクロコンピュータ、プログラマブルロジック等を備えて構成されたディジタル信号またはアナログ信号等を処理可能な制御装置である。
【００６４】
運転条件制御装置１７は、更に、上記運転条件としてＣＯ２分離膜２０の周囲温度Ｔａを使用する場合には、運転条件制御装置１７を、例えば、恒温槽内に設置し、上記運転条件としてＣＯ２分離膜２０の膜面積Ｓｍを使用する場合には、ＣＯ２分離膜２０を複数の膜ユニットに分割し、各膜ユニットに夫々第１処理室２１と第２処理室２２を設けて、混合ガスＭＧを供給する膜ユニットの個数を増減可能に構成し、上記周囲温度Ｔａ及び膜面積Ｓｍの各運転条件を制御部１７ａから制御可能な構成とする。
【００６５】
次に、上記各運転条件が実際に二酸化炭素除去率の増減を制御可能であることを示すシミュレーション結果を、運転条件別に、図５〜図１０に示す。図５は運転条件が供給ガス流量Ｆｆである場合の、図６は運転条件が供給側圧力Ｐｆである場合の、図７は運転条件が透過側圧力Ｐｓである場合の、図８は運転条件がスイープガス流量Ｆｓである場合の、図９は運転条件が周囲温度Ｔａである場合の、図１０は運転条件が膜面積Ｓｍである場合の、各シミュレーション結果を示している。図５〜図１０の各縦軸に、ＣＯ２除去装置１６のＣＯ２回収率［％］と燃料ガスＦＧのＣＨ４純度［％］を示し、各横軸に、各運転条件を示す。ＣＯ２回収率［％］は、第２排出口２２ｂから排出される混合ガスＥＧ中の二酸化炭素の流量を混合ガスＭＧ中の二酸化炭素の流量で除した値（パーセンテージ）として算出され、上記二酸化炭素除去率を表している。ＣＨ４純度［％］は、第１排出口２１ｂから排出される燃料ガスＦＧ中のメタンの流量を同燃料ガスＦＧの流量（ドライベース）で除した値（パーセンテージ）として算出される。
【００６６】
また、各シミュレーションに使用した条件を、図１１に纏めて示す。図１１中、運転条件となっている項目の値は、「変数」と表示している。図１１において、混合ガスＭＧの組成比（体積比）は、ドライベースで表示しているが、図１１に示す温度条件及び圧力条件で、相対湿度が７０％に維持されるようにスチーム（水蒸気）を添加している。スイープガスＳＧの組成比（体積比：ウェットベース）は、同温度条件及び圧力条件で、相対湿度が７０％に維持されるように設定されている。よって、図７において、スイープガスＳＧの組成比は、相対湿度を７０％に固定した場合、透過側圧力Ｐｓに応じて変化するため、表示を省略している。尚、各シミュレーションにおいて、混合ガスＭＧとスイープガスＳＧの相対湿度を７０％に固定したのは、当該相対湿度の変動の影響を排除して、上記各運転条件がＣＯ２除去装置１６のＣＯ２回収率［％］と燃料ガスＦＧのＣＨ４純度［％］に与える影響だけを評価可能とするためである。
【００６７】
尚、運転条件が周囲温度Ｔａである場合を除き、各シミュレーションに使用したＣＯ２分離膜（ＣＯ２促進輸送膜）２０の膜性能として、ＣＯ２パーミアンス＝１．５×１０−５［ｍｏｌ／（ｍ２ｓｋＰａ）］、ＣＨ４パーミアンス＝１．０×１０−７［ｍｏｌ／（ｍ２ｓｋＰａ）］、Ｈ２Ｏパーミアンス＝４．０×１０−５［ｍｏｌ／（ｍ２ｓｋＰａ）］を、便宜的に、夫々一定値として扱った。運転条件が周囲温度Ｔａである場合は、ＣＯ２パーミアンスを、周囲温度Ｔａの変化に合わせて、ＣＯ２パーミアンスを直接変化させている。実際の各膜性能は、運転条件によって変動するが、上記各運転条件と、ＣＯ２除去装置１６のＣＯ２回収率［％］及び燃料ガスＦＧのＣＨ４純度［％］との間の概略の関係をシミュレーションによって調べるには十分である。
【００６８】
図５に示すように、上記運転条件として供給ガス流量Ｆｆを使用した場合、ＣＯ２回収率［％］とＣＨ４純度［％］は、供給ガス流量Ｆｆの増加とともに低下し、負の相関関係を有していることが分かる。これにより、ガス濃度センサ１４で測定等されたメタン濃度が上記設定範囲Ｗｃｈ４より低い場合、または、二酸化炭素濃度が上記設定範囲Ｗｃｏ２より高い場合は、制御部１７ａが、マスフローコントローラ２５に対して供給ガス流量Ｆｆを低下させる制御を行い、ＣＯ２回収率を上げることで、燃料ガスＦＧのメタン濃度を上記設定範囲Ｗｃｈ４に、または、二酸化炭素濃度を上記設定範囲Ｗｃｏ２に維持することができる。逆に、ガス濃度センサ１４で測定等されたメタン濃度が上記設定範囲Ｗｃｈ４より高い場合、または、二酸化炭素濃度が上記設定範囲Ｗｃｏ２より低い場合は、制御部１７ａが、マスフローコントローラ２５に対して供給ガス流量Ｆｆを増加させる制御を行い、ＣＯ２回収率を下げることで、燃料ガスＦＧのメタン濃度を上記設定範囲Ｗｃｈ４に、または、二酸化炭素濃度を上記設定範囲Ｗｃｏ２に維持することができる。
【００６９】
図６に示すように、上記運転条件として供給側圧力Ｐｆを使用した場合、ＣＯ２回収率［％］とＣＨ４純度［％］は、供給側圧力Ｐｆの増加とともに増加し、正の相関関係を有していることが分かる。これにより、ガス濃度センサ１４で測定等されたメタン濃度が上記設定範囲Ｗｃｈ４より低い場合、または、二酸化炭素濃度が上記設定範囲Ｗｃｏ２より高い場合は、制御部１７ａが、背圧弁２６に対して供給側圧力Ｐｆを増加させる制御を行い、ＣＯ２回収率を上げることで、燃料ガスＦＧのメタン濃度を上記設定範囲Ｗｃｈ４に、または、二酸化炭素濃度を上記設定範囲Ｗｃｏ２に維持することができる。逆に、ガス濃度センサ１４で測定等されたメタン濃度が上記設定範囲Ｗｃｈ４より高い場合、または、二酸化炭素濃度が上記設定範囲Ｗｃｏ２より低い場合は、制御部１７ａが、背圧弁２６に対して供給側圧力Ｐｆを低下させる制御を行い、ＣＯ２回収率を下げることで、燃料ガスＦＧのメタン濃度を上記設定範囲Ｗｃｈ４に、または、二酸化炭素濃度を上記設定範囲Ｗｃｏ２に維持することができる。
【００７０】
図７に示すように、上記運転条件として透過側圧力Ｐｓを使用した場合、ＣＯ２回収率［％］とＣＨ４純度［％］は、透過側圧力Ｐｓの増加とともに低下し、負の相関関係を有していることが分かる。これにより、ガス濃度センサ１４で測定等されたメタン濃度が上記設定範囲Ｗｃｈ４より低い場合、または、二酸化炭素濃度が上記設定範囲Ｗｃｏ２より高い場合は、制御部１７ａが、背圧弁２９に対して透過側圧力Ｐｓを低下させる制御を行い、ＣＯ２回収率を上げることで、燃料ガスＦＧのメタン濃度を上記設定範囲Ｗｃｈ４に、または、二酸化炭素濃度を上記設定範囲Ｗｃｏ２に維持することができる。逆に、ガス濃度センサ１４で測定等されたメタン濃度が上記設定範囲Ｗｃｈ４より高い場合、または、二酸化炭素濃度が上記設定範囲Ｗｃｏ２より低い場合は、制御部１７ａが、背圧弁２９に対して透過側圧力Ｐｓを増加させる制御を行い、ＣＯ２回収率を下げることで、燃料ガスＦＧのメタン濃度を上記設定範囲Ｗｃｈ４に、または、二酸化炭素濃度を上記設定範囲Ｗｃｏ２に維持することができる。
【００７１】
図８に示すように、上記運転条件としてスイープガス流量Ｆｓを使用した場合、ＣＯ２回収率［％］とＣＨ４純度［％］は、供給ガス流量Ｆｆの増加とともに増加し、正の相関関係を有していることが分かる。これにより、ガス濃度センサ１４で測定等されたメタン濃度が上記設定範囲Ｗｃｈ４より低い場合、または、二酸化炭素濃度が上記設定範囲Ｗｃｏ２より高い場合は、制御部１７ａが、マスフローコントローラ２８に対してスイープガス流量Ｆｓを増加させる制御を行い、ＣＯ２回収率を上げることで、燃料ガスＦＧのメタン濃度を上記設定範囲Ｗｃｈ４に、または、二酸化炭素濃度を上記設定範囲Ｗｃｏ２に維持することができる。逆に、ガス濃度センサ１４で測定等されたメタン濃度が上記設定範囲Ｗｃｈ４より高い場合、または、二酸化炭素濃度が上記設定範囲Ｗｃｏ２より低い場合は、制御部１７ａが、マスフローコントローラ２８に対してスイープガス流量Ｆｓを低下させる制御を行い、ＣＯ２回収率を下げることで、燃料ガスＦＧのメタン濃度を上記設定範囲Ｗｃｈ４に、または、二酸化炭素濃度を上記設定範囲Ｗｃｏ２に維持することができる。
【００７２】
図９に示すように、上記運転条件として周囲温度Ｔａを使用した場合、ＣＯ２回収率［％］とＣＨ４純度［％］は、周囲温度Ｔａの増加とともに増加し、正の相関関係を有していることが分かる。これにより、ガス濃度センサ１４で測定等されたメタン濃度が上記設定範囲Ｗｃｈ４より低い場合、または、二酸化炭素濃度が上記設定範囲Ｗｃｏ２より高い場合は、制御部１７ａが、恒温槽に対して周囲温度Ｔａを増加させる制御を行い、ＣＯ２回収率を上げることで、燃料ガスＦＧのメタン濃度を上記設定範囲Ｗｃｈ４に、または、二酸化炭素濃度を上記設定範囲Ｗｃｏ２に維持することができる。逆に、ガス濃度センサ１４で測定等されたメタン濃度が上記設定範囲Ｗｃｈ４より高い場合、または、二酸化炭素濃度が上記設定範囲Ｗｃｏ２より低い場合は、制御部１７ａが、恒温槽に対して周囲温度Ｔａを低下させる制御を行い、ＣＯ２回収率を下げることで、燃料ガスＦＧのメタン濃度を上記設定範囲Ｗｃｈ４に、または、二酸化炭素濃度を上記設定範囲Ｗｃｏ２に維持することができる。
【００７３】
図１０に示すように、上記運転条件として膜面積Ｓｍを使用した場合、ＣＯ２回収率［％］とＣＨ４純度［％］は、膜面積Ｓｍの増加とともに増加し、正の相関関係を有していることが分かる。これにより、ガス濃度センサ１４で測定等されたメタン濃度が上記設定範囲Ｗｃｈ４より低い場合、または、二酸化炭素濃度が上記設定範囲Ｗｃｏ２より高い場合は、制御部１７ａが、ＣＯ２除去装置１６に対して使用する膜ユニットの個数（膜面積Ｓｍ）を増加させる制御を行い、ＣＯ２回収率を上げることで、燃料ガスＦＧのメタン濃度を上記設定範囲Ｗｃｈ４に、または、二酸化炭素濃度を上記設定範囲Ｗｃｏ２に維持することができる。逆に、ガス濃度センサ１４で測定等されたメタン濃度が上記設定範囲Ｗｃｈ４より高い場合、または、二酸化炭素濃度が上記設定範囲Ｗｃｏ２より低い場合は、制御部１７ａが、ＣＯ２除去装置１６に対して使用する膜ユニットの個数（膜面積Ｓｍ）を低下させる制御を行い、ＣＯ２回収率を下げることで、燃料ガスＦＧのメタン濃度を上記設定範囲Ｗｃｈ４に、または、二酸化炭素濃度を上記設定範囲Ｗｃｏ２に維持することができる。
【００７４】
図５〜図１０に示すシミュレーション結果より、供給ガス流量Ｆｆ、供給側圧力Ｐｆ、透過側圧力Ｐｓ、スイープガス流量Ｆｓ、周囲温度Ｔａ、及び、膜面積Ｓｍの何れの運転条件を使用しても、各運転条件と、ＣＯ２回収率［％］及びＣＨ４純度［％］との間に、正または負の相関関係が存在するので、二酸化炭素除去率の増減の制御が可能であることが分かる。
【００７５】
ここで、注意すべき点は、上記各シミュレーションにおいて、混合ガスＭＧとスイープガスＳＧの相対湿度を一定値に固定している点である。実際の運用では、混合ガスＭＧとスイープガスＳＧの相対湿度は必ずしも一定値に固定する必要もなければ、更に、第１処理室２１内及び第２処理室２２内において各相対湿度を一定値に維持することは困難である。例えば、第１処理室２１または第２処理室２２内の圧力（供給側圧力Ｐｆまたは透過側圧力Ｐｓ）上がると、第１処理室２１または第２処理室２２内の水蒸気分圧が増加して、第１処理室２１または第２処理室２２内の相対湿度は上昇し、ＣＯ２分離膜２０の周囲温度Ｔａが上がると、第１処理室２１または第２処理室２２内の飽和蒸気圧が増加して、第１処理室２１または第２処理室２２内の相対湿度は低下する。第１処理室２１内及び第２処理室２２内の相対湿度が高いほど、ＣＯ２促進輸送膜の促進輸送機能が発揮され、ＣＯ２パーミアンスが増加して、ＣＯ２回収率が上昇する。
【００７６】
第１処理室２１内及び第２処理室２２内の相対湿度は、第１処理室２１または第２処理室２２内の圧力（供給側圧力Ｐｆまたは透過側圧力Ｐｓ）及びＣＯ２分離膜２０の周囲温度Ｔａ以外にも、混合ガスＭＧとスイープガスＳＧに添加されるスチーム（水蒸気）の量によって変化する。従って、上記各シミュレーションでは評価していないが、混合ガスＭＧとスイープガスＳＧに対する各水蒸気添加量も、運転条件制御装置１７が使用する運転条件として、供給ガス流量Ｆｆ、供給側圧力Ｐｆ、透過側圧力Ｐｓ、スイープガス流量Ｆｓ、周囲温度Ｔａ、及び、膜面積Ｓｍとともに、上記制御対象運転条件候補に加えることができ、運転条件制御装置１７は、上記制御対象運転条件候補内の各水蒸気添加量を含む上記運転条件の少なくとも何れか１つを使用することができる。
【００７７】
図７に示すように、ＣＯ２回収率［％］とＣＨ４純度［％］は、透過側圧力Ｐｓとの間に負の相関関係を有するが、一方で、第２処理室２２内に供給されるスイープガスＳＧ中の水蒸気の組成比（分圧比）が一定の場合は、透過側圧力Ｐｓが増加（または低下）すると、第２処理室２２内の相対湿度が増加（または低下）して、ＣＯ２回収率［％］とＣＨ４純度［％］は増加（または低下）する正の相関関係を有している。つまり、透過側圧力Ｐｓの増減による効果が、第２処理室２２内の相対湿度の変化によって抑制される。従って、上記運転条件として透過側圧力Ｐｓを使用する場合は、シミュレーションと同様に、スイープガスＳＧの相対湿度が一定に維持されるように、透過側圧力Ｐｓの変化に合わせて、水蒸気供給部１８から供給される水蒸気量を調整して、スイープガスＳＧの水蒸気分圧を変化させる制御を行うのが好ましい。
【００７８】
逆に、図６に示すように、ＣＯ２回収率［％］とＣＨ４純度［％］は、供給側圧力Ｐｆとの間に正の相関関係を有し、一方で、第１処理室２１内に供給される混合ガスＭＧ中の水蒸気の組成比（分圧比）が一定の場合は、供給側圧力Ｐｆが増加（または低下）すると、第１処理室２１内の相対湿度が増加（または低下）して、ＣＯ２回収率［％］とＣＨ４純度［％］は増加（または低下）する正の相関関係を有している。つまり、供給側圧力Ｐｆの増減による効果が、第１処理室２１内の相対湿度の変化によって増強される。従って、上記運転条件として供給側圧力Ｐｆを使用する場合は、混合ガスＭＧの相対湿度が一定に維持されるように、混合ガスＭＧの水蒸気分圧を制御する必要はない。
【００７９】
更に、図９に示すように、ＣＯ２回収率［％］とＣＨ４純度［％］は、周囲温度Ｔａとの間に正の相関関係を有するが、一方で、第１処理室２１内に供給される混合ガスＭＧ中の水蒸気の組成比（分圧比）と第２処理室２２内に供給されるスイープガスＳＧ中の水蒸気の組成比（分圧比）の少なくとも一方が一定である場合、周囲温度Ｔａが上昇（または低下）すると、飽和水蒸気圧が上昇（または低下）するため、第１処理室２１内と第２処理室２２内の少なくとも一方の相対湿度が低下（または増加）して、ＣＯ２回収率［％］とＣＨ４純度［％］は低下（または増加）する負の相関関係を有している。つまり、周囲温度Ｔａの増減による効果が、第１処理室２１内と第２処理室２２内の少なくとも一方の相対湿度の変化によって抑制される。従って、上記運転条件として周囲温度Ｔａを使用する場合は、シミュレーションと同様に、混合ガスＭＧとスイープガスＳＧの相対湿度が夫々一定に維持されるように、周囲温度Ｔａの変化に合わせて、水蒸気供給部１８から供給される水蒸気量を調整して、混合ガスＭＧとスイープガスＳＧの各水蒸気分圧を変化させる制御を行うのが好ましい。
【００８０】
本システム１０の運用を開始する前に、ＣＯ２除去装置１６に使用するＣＯ２分離膜（ＣＯ２促進輸送膜）２０の属性に合わせて、供給ガス流量Ｆｆ、供給側圧力Ｐｆ、透過側圧力Ｐｓ、スイープガス流量Ｆｓ、周囲温度Ｔａ、及び、膜面積Ｓｍの内の実際に運転条件制御装置１７が使用する運転条件の制御値と、ガス濃度センサ１４によって測定等される混合ガスＭＧのメタン濃度と二酸化炭素濃度の少なくとも何れか一方と、ＣＯ２除去装置１６で濃度制御された燃料ガスＦＧ中の上記対象成分ガス（メタンまたは二酸化炭素）の濃度との間の関係を、予め実験等によって取得しておく。当該関係は、ＣＯ２分離膜（ＣＯ２促進輸送膜）２０の属性に依存するため、当然ながら、図５〜図１０に示すシミュレーション結果とは異なる。また、本システム１０の運用時におけるＣＯ２除去装置１６の運転条件も、図１１に示した各シミュレーションに使用した条件とは必ずしも一致しない。これにより、運転条件制御装置１７は、本システム１０の運用時において、ガス濃度センサ１４によって測定等される混合ガスＭＧのメタン濃度と二酸化炭素濃度の少なくとも何れか一方の測定値に基づいて、燃料ガスＦＧ中の上記対象成分ガス（メタンまたは二酸化炭素）の濃度を、上記設定範囲（メタン濃度の設定範囲Ｗｃｈ４、または、二酸化炭素濃度の設定範囲Ｗｃｏ２）内に維持するために必要な上記運転条件の値を、上記予め実験等によって取得した関係から導出した値に制御する。
【００８１】
更に、運転条件制御装置１７は、上述したフィードフォワード式の制御に加えて、或いは、代えて、燃料ガスＦＧ中の上記対象成分ガス（メタンまたは二酸化炭素）の濃度を測定するガス濃度センサ１４を、第１排気管２３ｂの背圧弁２６より下流側に追加或いは移動して、ガス濃度センサ１４の測定結果に基づいて、燃料ガスＦＧ中の上記対象成分ガスの濃度が、上記設定範囲（メタン濃度の設定範囲Ｗｃｈ４、または、二酸化炭素濃度の設定範囲Ｗｃｏ２）内に維持されるように、上記運転条件の値を増減させるフィードバック式の制御を行う構成としてもよい。
【００８２】
更に、運転条件制御装置１７は、ガス濃度センサ１４が測定する上記対象成分ガスの濃度の変化が急である場合、または、過剰である場合には、使用する上記運転条件の数を、通常使用する数より増やして、ＣＯ２除去装置１６の二酸化炭素除去率の増減をより速やかに実施するのも好ましい。
【００８３】
更に、運転条件制御装置１７が使用する上記運転条件に、供給ガス流量Ｆｆまたは供給側圧力Ｐｆが含まれている場合、第１処理室２１からガスエンジン１１に向けて供給される燃料ガスＦＧの流量または圧力が、供給ガス流量Ｆｆまたは供給側圧力Ｐｆの変化に応じて変化する。よって、図３に示すように、上記運転条件として供給ガス流量Ｆｆを使用する場合は、燃料ガスＦＧの流量変動を抑制するために、第１供給管２３ａに、流量を所定値に調整するマスフローコントローラ等の流量調整装置３１を介装し、上記運転条件として供給側圧力Ｐｆを使用する場合は、燃料ガスＦＧの圧力変動を抑制するために、第１供給管２３ａの背圧弁２６より下流側に、圧力を所定値に調整する圧力調整バルブのような圧力調整装置３２を介装するのが好ましい。
【００８４】
［第２実施形態］
次に、本システムの第２実施形態について、図面を参照して説明する。
【００８５】
図１に示すように、第２実施形態に係る本システム１０ａの概略構成は、第１実施形態に係る本システム１０と基本的に同じである。本システム１０ａと本システム１０は、本システム１０ａの燃料ガス供給装置１３ａが、図１２に示すように、第１ガス供給装置４０と第２ガス供給装置５０とを備え、ＣＯ２除去装置１６の第１排出口２１ｂに接続する第１排気管２３ｂに、但し、第１排気管２３ｂに背圧弁２６を介装されている場合はその下流側において、第１ガス供給装置４０が第１濃度調整ガスＢＧ１を供給し、第２ガス供給装置５０が第２濃度調整ガスＢＧ２を供給する構成が追加されている点で、相違する。燃料ガス供給装置１３ａは、当該追加された第１ガス供給装置４０と第２ガス供給装置５０以外の燃料ガス供給装置１３と共通する部分は、第１実施形態と同じであるので、重複する説明は割愛する。また、ガスエンジン１１、発電機１２、及び、ガス濃度センサ１４は、第１実施形態と同じであるので、重複する説明は割愛する。
【００８６】
図１３に示すように、第１ガス供給装置４０は、対象成分ガスがメタンと二酸化炭素の何れであるかに応じて、二酸化炭素濃度が上記二酸化炭素濃度の設定範囲Ｗｃｏ２より低くなるように、または、メタン濃度が上記メタン濃度の設定範囲Ｗｃｈ４より高くなるように、または、その両方となるように予め生成された第１濃度調整ガスＢＧ１を、第１容器４５に貯蔵しておき、制御部１７ａからの指示に従って、第１容器４５内の第１濃度調整ガスＢＧ１を第１排気管２３ｂに供給するように構成されている。制御部１７ａは、ガス濃度センサ１４が測定等した二酸化炭素濃度またはメタン濃度が、設定範囲Ｗｃｏ２より高いか、または、設定範囲Ｗｃｈ４より低いと、第１ガス供給装置４０に対して、二酸化炭素濃度またはメタン濃度が、設定範囲Ｗｃｏ２内、または、設定範囲Ｗｃｈ４内となるのに必要な流量で、第１濃度調整ガスＢＧ１を第１排気管２３ｂに供給するように指示する。当該必要な流量は、第１実施形態で説明したＣＯ２除去装置１６の二酸化炭素除去率を増減（この場合は、増加）させる制御後において、二酸化炭素濃度またはメタン濃度が、設定範囲Ｗｃｏ２より高い状態、または、設定範囲Ｗｃｈ４より低い状態が解消されない場合に、当該制御後の二酸化炭素濃度またはメタン濃度を、設定範囲Ｗｃｏ２内、または、設定範囲Ｗｃｈ４内となるのに必要な流量として、ガス濃度センサ１４の測定結果とＣＯ２除去装置１６の上記各運転条件を考慮して、制御部１７ａが算出する。
【００８７】
更に、第１ガス供給装置４０は、第１濃度調整ガスＢＧ１を予め生成するＣＯ２分離装置４１を備える。ＣＯ２分離装置４１は、ＣＯ２除去装置１６と同様の構成で、ＣＯ２促進輸送膜のＣＯ２分離膜４２と、ＣＯ２分離膜４２によって隔てられた第１処理室４３と第２処理室４４を備えて構成される。第１処理室４３には、ＣＯ２除去装置１６の第１処理室２１に供給される混合ガスＭＧと同じバイオガス由来の混合ガスＭＧが、第１実施形態で説明した種々の供給態様の何れかを利用して供給される。第１処理室４３に供給された混合ガスＭＧは、ＣＯ２促進輸送膜のＣＯ２分離膜４２を介して第２処理室４４側へ二酸化炭素が選択的に透過することで、二酸化炭素濃度の大幅に低下した混合ガスＭＧ１が、第１処理室４３から排出され、第１濃度調整ガスＢＧ１として第１容器４５内に貯蔵される。第２処理室４４には、ＣＯ２除去装置１６と同様にスイープガスＳＧ１が供給され、第１処理室４３から第２処理室４４へ透過した混合ガスＭＧの一部とスイープガスＳＧ１の混合ガスＳＧ１’が、第２処理室４４から排出される。
【００８８】
ＣＯ２分離膜４２に使用する促進輸送膜のＣＯ２／ＣＨ４選択比は、例えば、１００以上であるので、ＣＯ２分離装置４２の運転条件を調整することで、極めて高い二酸化炭素除去率が実現できる。従って、設定範囲Ｗｃｈ４及び設定範囲Ｗｃｏ２に応じて高い二酸化炭素除去率に設定することで、第１処理室４３から排出される混合ガスＭＧ１は、二酸化炭素濃度を設定範囲Ｗｃｏ２より所定値（例えば、５〜１０ｖｏｌ％）以上低く、或いは、メタン濃度を設定範囲Ｗｃｈ４より所定値（例えば、５〜１０ｖｏｌ％）以上高くすることができる。混合ガスＭＧ１の二酸化炭素濃度及びメタン濃度は、第１処理室４３に供給された混合ガスＭＧ中の二酸化炭素及びメタンの濃度変動に伴い変化するが、第１容器４５内に貯蔵された第１濃度調整ガスＢＧ１の二酸化炭素濃度及びメタン濃度は、設定範囲Ｗｃｏ２より上記所定値以上低く、設定範囲Ｗｃｈ４より上記所定値以上高いという条件は満足されている。しかし、その実際の濃度は不明であるので、第１容器４５には、ガス濃度センサ１４と同様のガス濃度センサ４６が設けられ、第１濃度調整ガスＢＧ１の二酸化炭素濃度及びメタン濃度の測定値が、制御部１７ａに通知される構成となっている。そして、制御部１７ａは、ガス濃度センサ４６の測定結果も考慮に入れて、上記必要な流量の計算を行う。
【００８９】
図１４に示すように、第２ガス供給装置５０は、対象成分ガスがメタンと二酸化炭素の何れであるかに応じて、二酸化炭素濃度が上記二酸化炭素濃度の設定範囲Ｗｃｏ２より高くなるように、または、メタン濃度が上記メタン濃度の設定範囲Ｗｃｈ４より低くなるように、または、その両方となるように予め生成された第２濃度調整ガスＢＧ２を、第２容器５６に貯蔵しておき、制御部１７ａからの指示に従って、第２容器５６内の第２濃度調整ガスＢＧ２を第１排気管２３ｂに供給するように構成されている。制御部１７ａは、ガス濃度センサ１４が測定等した二酸化炭素濃度またはメタン濃度が、設定範囲Ｗｃｏ２より低いか、または、設定範囲Ｗｃｈ４より高いと、第２ガス供給装置５０に対して、二酸化炭素濃度またはメタン濃度が、設定範囲Ｗｃｏ２内、または、設定範囲Ｗｃｈ４内となるのに必要な流量で、第２濃度調整ガスＢＧ２を第１排気管２３ｂに供給するように指示する。当該必要な流量は、第１実施形態で説明したＣＯ２除去装置１６の二酸化炭素除去率を増減（この場合は、減少）させる制御後において、二酸化炭素濃度またはメタン濃度が、設定範囲Ｗｃｏ２より低い状態、または、設定範囲Ｗｃｈ４より高い状態が解消されない場合に、当該制御後の二酸化炭素濃度またはメタン濃度を、設定範囲Ｗｃｏ２内、または、設定範囲Ｗｃｈ４内となるのに必要な流量として、ガス濃度センサ１４の測定結果とＣＯ２除去装置１６の上記各運転条件を考慮して、制御部１７ａが算出する。
【００９０】
更に、第２ガス供給装置５０は、第２濃度調整ガスＢＧ２を予め生成するＣＯ２分離装置５１と水蒸気除去部５５を備える。水蒸気除去部５５は、第１実施形態で説明した水蒸気除去部１９と同様の構成のものが利用できるので、重複する説明は割愛する。
【００９１】
ＣＯ２分離装置５１は、ＣＯ２除去装置１６と同様の構成で、ＣＯ２促進輸送膜のＣＯ２分離膜５２と、ＣＯ２分離膜５２によって隔てられた第１処理室５３と第２処理室５４を備えて構成される。第１処理室５３には、ＣＯ２除去装置１６の第２処理室２２から排出された二酸化炭素濃度の増加した混合ガスＥＧが供給される。第１処理室５３に供給された混合ガスＥＧは、ＣＯ２除去装置１６の第２処理室２２に供給されたスイープガスＳＧと第１処理室２１から第２処理室２２へ透過した混合ガスＭＧの一部（主として二酸化炭素と水蒸気、及び、微量のメタン）を含むため、混合ガスＥＧ中の二酸化炭素を、スイープガスＳＧの成分ガス（例えば、アルゴン等の不活性ガス等）と少量のメタンに対して選択的に、第２処理室５４側に透過させて分離し、第２処理室５３に供給されたスイープガスＳＧ２とともに、混合ガスＳＧ２’として第２処理室５４から排出する。第２処理室５４から排出された混合ガスＳＧ２’は二酸化炭素と水蒸気を含むため、水蒸気除去部５５で水蒸気が除去された後、第２濃度調整ガスＢＧ２として第２容器５６内に貯蔵される。ＣＯ２分離装置５１では、スイープガスＳＧ２としてスチーム（水蒸気）だけを使用することで、スチーム以外の不活性ガス等を使用した場合に、当該不活性ガス等が第２濃度調整ガスＢＧ２に混入するのを防止する。但し、スイープガスＳＧ２としてスチーム（水蒸気）だけを使用するため、第２処理室５４内の圧力は、第２処理室５４内の温度において飽和水蒸気圧以下になるように制御する必要がある。尚、スイープガスＳＧ２のスチームは、水蒸気供給部１８から供給することができる。また、水蒸気除去部５５で除去した水蒸気を水蒸気供給部１８に供給して再利用することができる。
【００９２】
ＣＯ２除去装置１６及び５１に使用する促進輸送膜のＣＯ２／ＣＨ４選択比は、例えば、１００以上であるので、混合ガスＥＧのメタン濃度は極めて低く、更に、当該メタン濃度の低い混合ガスＥＧ中のメタンが、ＣＯ２分離膜５２を通過する量は極めて小さい。従って、ＣＯ２除去装置５１の二酸化炭素除去率を設定範囲Ｗｃｈ４及び設定範囲Ｗｃｏ２に応じて高く設定することで、混合ガスＳＧ２’のメタン濃度を、設定範囲Ｗｃｈ４より所定値（例えば、５〜１０ｖｏｌ％）以上低く、或いは、混合ガスＳＧ２’の二酸化炭素濃度を、設定範囲Ｗｃｏ２より所定値（例えば、５〜１０ｖｏｌ％）以上高くすることができる。しかし、第２容器５６内に貯蔵された第２濃度調整ガスＢＧ２の二酸化炭素濃度及びメタン濃度は、設定範囲Ｗｃｏ２より上記所定値以上高く、設定範囲Ｗｃｈ４より上記所定値以上低いという条件は満足されているが、その実際の濃度は不明であるので、第２容器５６には、ガス濃度センサ１４と同様のガス濃度センサ５７が設けられ、第２濃度調整ガスＢＧ２の二酸化炭素濃度及びメタン濃度の測定値が、制御部１７ａに通知される構成となっている。そして、制御部１７ａは、ガス濃度センサ４６の測定結果も考慮に入れて、上記必要な流量の計算を行う。
【００９３】
上記説明では、図１２に示すように、背圧弁２６の下流側、且つ、水蒸気除去部１９の上流側において、第１ガス供給装置４０が第１濃度調整ガスＢＧ１を供給し、第２ガス供給装置５０が第２濃度調整ガスＢＧ２を供給する構成を説明したが、第１濃度調整ガスＢＧ１及び第２濃度調整ガスＢＧ２の供給は、図１５に示すように、水蒸気除去部１９の下流側で行うのも好ましい。
【００９４】
更に、第１ガス供給装置４０は、図１６に示すように、第１処理室４３と第１容器４５の間に水蒸気除去部４７を介装し、第１処理室４３から排出される混合ガスＭＧ１に含まれる水蒸気を水蒸気除去部４７で除去する構成とするのも好ましい。
【００９５】
また、上記説明では、第１ガス供給装置４０と第２ガス供給装置５０の両方を備える構成を説明したが、必要に応じて、何れか一方だけを備える構成としてもよい。
【００９６】
また、上記説明では、第１ガス供給装置４０がＣＯ２分離装置４１を備えて、第１濃度調整ガスＢＧ１を予め生成する構成を説明したが、当該構成を備えず、第１濃度調整ガスＢＧ１として、外部から供給される高純度のメタンガス（天然ガス等）を使用する構成としてもよい。
【００９７】
また、上記説明では、第２ガス供給装置５０がＣＯ２分離装置５１を備えて、ＣＯ２除去装置１６の第２処理室２２から排出された二酸化炭素濃度の増加した混合ガスＥＧを使用して第２濃度調整ガスＢＧ２を予め生成する構成を説明したが、混合ガスＥＧに代えてまたは加えて、ガスエンジンから排出される二酸化炭素を含む排出ガスをＣＯ２分離装置５１の第１処理室５３に供給する構成としてもよい。
【００９８】
［第３実施形態］
次に、本システムの第３実施形態について、図面を参照して説明する。
【００９９】
図１７に示すように、第３実施形態に係る本システム１０ｂは、ガスエンジン１１、発電機１２、燃料ガス供給装置６０、及び、ガス濃度センサ１４を備えて構成される。本システム１０ｂは、第１及び第２実施形態の本システム１０，１０ａと比較すると、本システム１０，１０ａの燃料ガス供給装置１３，１３ａに代えて、燃料ガス供給装置６０を備えている点で相違する。本システム１０ｂのガスエンジン１１、発電機１２、及び、ガス濃度センサ１４は、第１実施形態と同じであるので、重複する説明は割愛する。
【０１００】
図１７に示すように、燃料ガス供給装置６０は、制御部６１、第１ガス供給装置６２、第２ガス供給装置６３、及び、ガス混合部６４を備えて構成される。制御部６１は、第１及び第２実施形態の制御部１７ａと同様、マイクロコンピュータ、プログラマブルロジック等を備えて構成される。第１ガス供給装置６２は、制御部６１からの指示に従って、予め生成された第１濃度調整ガスＢＧ１を、ガス混合部６４に供給する。第２ガス供給装置６３は、制御部６１からの指示に従って、予め生成された第２濃度調整ガスＢＧ２を、ガス混合部６４に供給する。ガス混合部６４は、例えば、３つの入口と１つの出口を有する４方弁等で構成され、３つの入口の夫々から、混合ガスＭＧと第１濃度調整ガスＢＧ１と第２濃度調整ガスＢＧ２が各別に供給され、ガス混合部６４において、混合ガスＭＧに、第１濃度調整ガスＢＧ１と第２濃度調整ガスＢＧ２の何れか一方が添加された混合ガスが、燃料ガスＦＧとして、ガスエンジン１１に供給される。
【０１０１】
第１濃度調整ガスＢＧ１は、第２実施形態で説明した第１濃度調整ガスＢＧ１と同様に、対象成分ガスがメタンと二酸化炭素の何れであるかに応じて、二酸化炭素濃度が上記二酸化炭素濃度の設定範囲Ｗｃｏ２より低くなるように、または、メタン濃度が上記メタン濃度の設定範囲Ｗｃｈ４より高くなるように、または、その両方となるように調製されている。第２濃度調整ガスＢＧ２は、第２実施形態で説明した第２濃度調整ガスＢＧ２と同様に、対象成分ガスがメタンと二酸化炭素の何れであるかに応じて、二酸化炭素濃度が上記二酸化炭素濃度の設定範囲Ｗｃｏ２より高くなるように、または、メタン濃度が上記メタン濃度の設定範囲Ｗｃｈ４より低くなるように、または、その両方となるように調製されている。
【０１０２】
制御部６１は、ガス濃度センサ１４が測定等した二酸化炭素濃度またはメタン濃度に応じて、第１ガス供給装置６２と第２ガス供給装置６３の一方に対して、第１濃度調整ガスＢＧ１と第２濃度調整ガスＢＧ２の何れか一方を、所定の流量でガス混合部６４に供給するように指示する。具体的には、制御部６１は、ガス濃度センサ１４が測定等した二酸化炭素濃度またはメタン濃度が、設定範囲Ｗｃｏ２より高いか、または、設定範囲Ｗｃｈ４より低いと、第１ガス供給装置６２に対して、二酸化炭素濃度またはメタン濃度が、設定範囲Ｗｃｏ２内、または、設定範囲Ｗｃｈ４内となるのに必要な流量で、第１濃度調整ガスＢＧ１をガス混合部６４に供給するように指示する。当該必要な流量は、混合ガスＭＧに第１濃度調整ガスＢＧ１が添加された混合ガスの二酸化炭素濃度またはメタン濃度が、設定範囲Ｗｃｏ２内、または、設定範囲Ｗｃｈ４内となるのに必要な流量として、ガス濃度センサ１４の測定結果と混合ガスＭＧの供給流量等を考慮して、制御部６１が算出する。更に、制御部６１は、ガス濃度センサ１４が測定等した二酸化炭素濃度またはメタン濃度が、設定範囲Ｗｃｏ２より低いか、または、設定範囲Ｗｃｈ４より高いと、第２ガス供給装置６３に対して、二酸化炭素濃度またはメタン濃度が、設定範囲Ｗｃｏ２内、または、設定範囲Ｗｃｈ４内となるのに必要な流量で、第２濃度調整ガスＢＧ２をガス混合部６４に供給するように指示する。当該必要な流量は、混合ガスＭＧに第２濃度調整ガスＢＧ２が添加された混合ガスの二酸化炭素濃度またはメタン濃度が、設定範囲Ｗｃｏ２内、または、設定範囲Ｗｃｈ４内となるのに必要な流量として、ガス濃度センサ１４の測定結果と混合ガスＭＧの供給流量等を考慮して、制御部６１が算出する。このため、本実施形態では、混合ガスＭＧの供給流量を測定するマスフローメータ等の流量計６５を備えている。
【０１０３】
次に、燃料ガス供給装置６０が、ガス混合部６４に供給される混合ガスＭＧと同じバイオガス由来の混合ガスＭＧを使用して、第１濃度調整ガスＢＧ１と第２濃度調整ガスＢＧ２を予め生成して、第１容器７０と第２容器７３に貯蔵しておく構成について、図１８を参照して説明する。燃料ガス供給装置６０は、上記第１ガス供給装置６２と第２ガス供給装置６３として、ＣＯ２分離装置６６、第１容器７０、第２容器７３、及び、水蒸気除去部７２を備える。第１ガス供給装置６２が、ＣＯ２分離装置６６と第１容器７０で構成され、第２ガス供給装置６３が、ＣＯ２分離装置６６と第２容器７３と水蒸気除去部７２で構成され、ＣＯ２分離装置６６は、第１ガス供給装置６２と第２ガス供給装置６３で共通に使用される。
【０１０４】
ＣＯ２分離装置６６は、第１実施形態で説明したＣＯ２除去装置１６と同様の構成で、ＣＯ２促進輸送膜のＣＯ２分離膜６７と、ＣＯ２分離膜６７によって隔てられた第１処理室６８と第２処理室６９を備えて構成される。第１処理室６８には、ガス混合部６４に供給される混合ガスＭＧと同じバイオガス由来の混合ガスＭＧが、第１実施形態で説明した種々の供給態様の何れかを利用して供給される。第２処理室６９には、スチーム（水蒸気）がスイープガスＳＧ３として供給され、第１処理室６８から第２処理室６９へ透過した混合ガスＭＧの一部とスイープガスＳＧ３の混合ガスＳＧ３’が、第２処理室６９から排出される。但し、ＣＯ２分離装置６６では、スチーム（水蒸気）をスイープガスＳＧ３として使用するため、第２処理室６９内の圧力は、第２処理室６９内の温度において飽和水蒸気圧以下になるように制御する必要がある。スイープガスＳＧ３のスチームは、第１実施形態の水蒸気供給部１８と同様の要領で、水蒸気供給部を設けて、当該水蒸気供給部から供給することができる。また、水蒸気除去部７２で除去した水蒸気は当該水蒸気供給部に供給して再利用することができる。
【０１０５】
第１処理室６８に供給された混合ガスＭＧは、ＣＯ２促進輸送膜のＣＯ２分離膜６７を介して第２処理室６９側へ二酸化炭素が選択的に透過することで、二酸化炭素濃度の大幅に低下した混合ガスＭＧ’が、第１処理室６８から排出され、第１濃度調整ガスＢＧ１として第１容器７０内に貯蔵される。一方、第２処理室６９に供給されたスイープガスＳＧ３（スチーム）と第１処理室６８側から透過してきた混合ガスＭＧの一部（主として二酸化炭素と水蒸気、及び、微量のメタン）は、第２処理室６９内で混合され、二酸化炭素濃度の極めて高い混合ガスＳＧ３’として第２処理室５４から排出され、水蒸気除去部７２で水蒸気が除去された後、第２濃度調整ガスＢＧ２として第２容器７３内に貯蔵される。      
【０１０６】
ＣＯ２分離装置６６に使用する促進輸送膜のＣＯ２／ＣＨ４選択比は、例えば、１００以上であるので、ＣＯ２分離装置６６の運転条件を調整することで、極めて高い二酸化炭素除去率が実現できる。従って、設定範囲Ｗｃｈ４及び設定範囲Ｗｃｏ２に応じて高い二酸化炭素除去率に設定することで、混合ガスＭＧ’に対して、二酸化炭素濃度を設定範囲Ｗｃｏ２より所定値（例えば、５〜１０ｖｏｌ％）以上低く、或いは、メタン濃度を設定範囲Ｗｃｈ４より所定値（例えば、５〜１０ｖｏｌ％）以上高くすることができ、また、混合ガスＳＧ３’に対して、メタン濃度を設定範囲Ｗｃｈ４より所定値（例えば、５〜１０ｖｏｌ％）以上低く、或いは、二酸化炭素濃度を設定範囲Ｗｃｏ２より所定値（例えば、５〜１０ｖｏｌ％）以上高くすることができる。
【０１０７】
混合ガスＭＧ’及び混合ガスＳＧ３’の二酸化炭素濃度及びメタン濃度は、第１処理室６８に供給された混合ガスＭＧ中の二酸化炭素及びメタンの濃度変動に伴い変化する。このため、第１容器７０内に貯蔵された第１濃度調整ガスＢＧ１の二酸化炭素濃度及びメタン濃度は、設定範囲Ｗｃｏ２より上記所定値以上低く、設定範囲Ｗｃｈ４より上記所定値以上高いという条件は満足されているが、その実際の濃度は不明であるので、第１容器７０には、ガス濃度センサ１４と同様のガス濃度センサ７１が設けられ、第１濃度調整ガスＢＧ１の二酸化炭素濃度及びメタン濃度の測定値が、制御部６１に通知される構成となっている。そして、制御部６１は、ガス濃度センサ７１の測定結果も考慮に入れて、第１濃度調整ガスＢＧ１の上記必要な流量の計算を行う。同様に、第２容器７３内に貯蔵された第２濃度調整ガスＢＧ２の二酸化炭素濃度及びメタン濃度は、設定範囲Ｗｃｏ２より上記所定値以上高く、設定範囲Ｗｃｈ４より上記所定値以上低いという条件は満足されているが、その実際の濃度は不明であるので、第２容器７３には、ガス濃度センサ１４と同様のガス濃度センサ７４が設けられ、第２濃度調整ガスＢＧ２の二酸化炭素濃度及びメタン濃度の測定値が、制御部６１に通知される構成となっている。そして、制御部６１は、ガス濃度センサ７４の測定結果も考慮に入れて、第２濃度調整ガスＢＧ２の上記必要な流量の計算を行う。
【０１０８】
［別実施形態］
次に、上記第１〜第３実施形態の変形例（別実施形態）について説明する。
【０１０９】
〈１〉上記第１〜第３実施形態では、ＣＯ２除去装置１６，４１，５１，６６として、ＣＯ２促進輸送膜のＣＯ２分離膜２０，４２，５２，６７を備えた構成を想定したが、ＣＯ２除去装置１６，４１，５１，６６の内の少なくとも何れか１つは、当該構成に限定されるものではなく、例えば、ＣＯ２促進輸送膜以外のＣＯ２分離膜を備えた膜分離式の構成、化学吸収法を採用した構成、ＰＳＡ装置、ＴＳＡ装置、等であってもよい。
【０１１０】
ＣＯ２除去装置１６として、化学吸収法を採用した構成を使用する場合、二酸化炭素除去率の増減に影響する運転条件として、例えば、吸収液量、吸収液循環量、等が使用できる。また、ＣＯ２除去装置１６として、ＰＳＡ装置を使用する場合、二酸化炭素除去率の増減に影響する運転条件として、例えば、吸着材量、圧力、等が使用できる。また、ＣＯ２除去装置１６として、ＴＳＡ装置を使用する場合、二酸化炭素除去率の増減に影響する運転条件として、例えば、吸着材量、温度、等が使用できる。
【０１１１】
〈２〉上記第１及び第２実施形態では、水蒸気供給部１８から混合ガスＭＧにスチーム（水蒸気）が供給される構成について説明したが、燃料ガス供給装置１３，１３ａに供給される混合ガスＭＧ中に既に水蒸気が含まれている場合は、必ずしも、当該構成による混合ガスＭＧへのスチームの供給は必要ではない。
【０１１２】
〈３〉上記第１〜第３実施形態では、ＣＯ２除去装置１６，４１，５１，６６として、ＣＯ２促進輸送膜のＣＯ２分離膜２０，４２，５２，６７を備え、第２処理室２２，４４，５４，６９内に、スイープガスＳＧ，ＳＧ１，ＳＧ２，ＳＧ３を供給して、ＣＯ２分離膜２０，４２，５２，６７の供給側と透過側の間にＣＯ２分圧差を生じさせるスイープガス方式による構成を想定したが、ＣＯ２除去装置１６，４１，５１，６６の内の少なくとも何れか１つにおいて、スイープガスＳＧ，ＳＧ１，ＳＧ２，ＳＧ３の第２処理室２２，４４，５４，６９内への供給を行わずに、ＣＯ２分離膜２０，４２，５２，６７の第１処理室２１，４３，５３，６８内を加圧するか、第２処理室２２，４４，５４，６９内を減圧して、ＣＯ２分離膜２０，４２，５２，６７の供給側と透過側の間にＣＯ２分圧差を生じさせる運転方式（加圧式または減圧式）による構成を採用してもよい。第２処理室２２，４４，５４，６９内を減圧する減圧式の場合、第２処理室２２，４４，５４，６９の下流側に真空ポンプを設置するのが好ましい。
【０１１３】
また、ＣＯ２除去装置１６，４１，５１，６６の内の少なくとも何れか１つにおいて、スイープガス方式による構成と加圧式または減圧式による構成を組み合わせた構成としてもよい。尚、ＣＯ２除去装置１６として、スイープガス方式による構成を使用せず、加圧式または減圧式による構成を採用する場合は、上記制御対象運転条件候補には、スイープガスＳＧの流量（スイープガス流量Ｆｓ）は含まれない。
【０１１４】
〈４〉上記第１〜第３実施形態では、混合ガスＭＧとして、有機物のメタン発酵によって得られるバイオガスに由来する混合ガスの使用を想定したが、必ずしも、バイオガス由来の混合ガスに限定されるものではない。メタンと二酸化炭素を主成分とする混合ガスであって、当該混合ガスの製造条件等によって、メタン濃度または二酸化炭素濃度またはその両方が変動し得る場合は、混合ガスＭＧがバイオガス由来でなくても、本システム１０，１０ａ，１０ｂを使用することで、当該濃度変動を抑制することが可能である。
【０１１５】
〈５〉上記第２実施形態では、第１ガス供給装置４０と第２ガス供給装置５０が、夫々、第１濃度調整ガスＢＧ１と第２濃度調整ガスＢＧ２を予め生成するために、ＣＯ２分離装置４１とＣＯ２分離装置５１を各別に備える場合を説明した。しかし、第１ガス供給装置４０と第２ガス供給装置５０の両方を備える場合には、必ずしも、ＣＯ２分離装置４１とＣＯ２分離装置５１を各別に備える必要はない。例えば、第３実施形態において図１８を参照して説明したように、第１ガス供給装置４０と第２ガス供給装置５０を１つのＣＯ２分離装置を備えて構成するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１１６】
本発明の発電システムは、メタンを主成分として二酸化炭素を含む燃料ガスを消費して運動エネルギを発生するガスエンジンを備えた発電システムに利用できる。
【符号の説明】
【０１１７】
１０，１０ａ，１０ｂ        ：  発電システム
１１                        ：  ガスエンジン
１２                        ：  発電機
１３，１３ａ，６０          ：  燃料ガス供給装置
１４，４６，５７，７１，７４：  ガス濃度センサ
１５                        ：  インバータ装置
１６，４１，５１，６６      ：  ＣＯ２除去装置
１７                        ：  運転条件制御装置
１７ａ，６１                ：  制御部
１８                        ：  水蒸気供給部
１８ａ                      ：  水蒸気分離部
１９，４７，５５，７２            ：  水蒸気除去部
２０，４２，５２，６７      ：  ＣＯ２分離膜（ＣＯ２促進輸送膜）
２１，４３，５３，６８      ：  第１処理室
２１ａ                      ：  第１受入口
２１ｂ                      ：  第１１排出口
２２，４４，５４，６９      ：  第２処理室
２２ａ                      ：  第２受入口
２２ｂ                      ：  第２排出口
２３ａ                      ：  第１供給管
２３ｂ                      ：  第１排気管
２４ａ                      ：  第２供給管
２４ｂ                      ：  第２排気管
２５，２８                  ：  マスフローコントローラ
２６，２９                  ：  背圧弁
２７，３０                  ：  圧力計
３１                        ：  流量調整装置
３２                        ：  圧力調整装置
４０，６２                  ：  第１ガス供給装置
４５，７０                  ：  第１容器
５０，６３                  ：  第２ガス供給装置
５６，７３                  ：  第２容器
６４                        ：  ガス混合部
６５                        ：  流量計
ＥＧ，ＥＧ’                ：  混合ガス
ＦＧ                        ：  燃料ガス
ＭＧ，ＭＧ’，ＭＧ１        ：  混合ガス
ＳＧ，ＳＧ１，ＳＧ２，ＳＧ３：  スイープガス
ＳＧ１’，ＳＧ２’，ＳＧ３’：  混合ガス
【図１】
2019049629.tif 000003
【図２】
2019049629.tif 000004
【図３】
2019049629.tif 000005
【図４】
2019049629.tif 000006
【図５】
2019049629.tif 000007
【図６】
2019049629.tif 000008
【図７】
2019049629.tif 000009
【図８】
2019049629.tif 000010
【図９】
2019049629.tif 000011
【図１０】
2019049629.tif 000012
【図１１】
2019049629.tif 000013
【図１２】
2019049629.tif 000014
【図１３】
2019049629.tif 000015
【図１４】
2019049629.tif 000016
【図１５】
2019049629.tif 000017
【図１６】
2019049629.tif 000018
【図１７】
2019049629.tif 000019
【図１８】
2019049629.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】令和2年1月28日(2020.1.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
メタンを主成分として二酸化炭素を含む燃料ガスを消費して運動エネルギを発生するガスエンジンと、前記ガスエンジンが発生する前記運動エネルギにより駆動され発電する発電機を備えた発電システムであって、
外部から供給されるメタンと二酸化炭素を主成分とする混合ガスに対して、前記混合ガス中のメタンと二酸化炭素の少なくとも何れか一方の対象成分ガスの濃度を、前記ガスエンジンの前記燃料ガス中の前記対象成分ガスの濃度に対する設定範囲内に制御して、前記燃料ガスとして、前記ガスエンジンに供給する燃料ガス供給装置と、
前記混合ガスの二酸化炭素濃度とメタン濃度の少なくとも何れか一方の濃度を計測するガス濃度センサと、を更に備え、
前記燃料ガス供給装置が、前記混合ガス中の二酸化炭素を除去する二酸化炭素除去装置と、前記二酸化炭素除去装置の二酸化炭素除去率の増減に影響する運転条件を制御する運転条件制御装置を備え、
前記ガス濃度センサが、前記二酸化炭素除去装置の前段及び後段の少なくとも何れか一方に配置され、
前記運転条件制御装置が、前記ガス濃度センサの計測結果に基づいて、前記二酸化炭素除去装置の前記運転条件を制御することにより、前記混合ガス中のメタンと二酸化炭素の濃度を制御することを特徴とする発電システム。
【請求項２】
前記二酸化炭素除去装置が、前記混合ガス中に含まれる二酸化炭素をメタンに対して選択的に分離する二酸化炭素分離膜と、前記二酸化炭素分離膜によって隔てられた第１処理室と第２処理室を備えて構成され、
前記第１処理室に、前記混合ガスを前記第１処理室内に受け入れる第１受入口と、前記対象成分ガスの濃度が制御された前記第１処理室内の前記混合ガスを前記燃料ガスとして排出する第１排出口が設けられ、
前記第２処理室に、前記二酸化炭素分離膜を介して前記第１処理室から前記第２処理室へ透過したガスを排出する第２排出口が設けられ、
前記運転条件制御装置が、前記二酸化炭素分離膜の二酸化炭素除去率の増減に影響する運転条件として、前記第１処理室内に供給される前記混合ガスの流量、前記第１処理室内の圧力、前記第２処理室内の圧力、前記二酸化炭素分離膜の周囲温度、及び、前記二酸化炭素分離膜の膜面積を含む制御対象運転条件候補の内の少なくとも１つを、前記ガス濃度センサの計測結果に基づいて制御することを特徴とする請求項１に記載の発電システム。
【請求項３】
前記第２処理室が、スイープガスを前記第２処理室内に受け入れる第２受入口を有し、前記二酸化炭素分離膜を介して前記第１処理室から前記第２処理室へ透過したガスと前記スイープガスが前記第２排出口から排出されるように構成され、
前記制御対象運転条件候補に、前記第２処理室内に供給される前記スイープガスの流量が含まれていることを特徴とする請求項２に記載の発電システム。
【請求項４】
前記二酸化炭素分離膜が、メタンと反応せずに二酸化炭素と選択的に反応する二酸化炭素キャリアが添加された促進輸送膜であり、
前記制御対象運転条件候補に、前記第１処理室内の相対湿度及び前記第２処理室内の相対湿度の少なくとも何れか一方の増減に影響する１以上の運転条件が含まれていることを特徴とする請求項２に記載の発電システム。
【請求項５】
前記二酸化炭素分離膜が、メタンと反応せずに二酸化炭素と選択的に反応する二酸化炭素キャリアが添加された促進輸送膜であり、
前記制御対象運転条件候補に、前記第１処理室内の相対湿度及び前記第２処理室内の相対湿度の少なくとも何れか一方の増減に影響する１以上の運転条件が含まれていることを特徴とする請求項３に記載の発電システム。
【請求項６】
前記第１処理室内に供給される前記混合ガスに水蒸気が含まれていることを特徴とする請求項４に記載の発電システム。
【請求項７】
前記第１処理室内に供給される前記混合ガスである対象ガスに水蒸気を供給する水蒸気供給部を備えることを特徴とする請求項４に記載の発電システム。
【請求項８】
前記運転条件制御装置が、前記混合ガスに対する前記水蒸気供給部からの水蒸気添加量を、前記制御対象運転条件候補の１つとして制御することを特徴とする請求項７に記載の発電システム。
【請求項９】
前記第１処理室内に供給される前記混合ガス、及び、前記第２処理室内に供給される前記スイープガスの少なくとも何れか一方に水蒸気が含まれていることを特徴とする請求項５に記載の発電システム。
【請求項１０】
前記第１処理室内に供給される前記混合ガス、及び、前記第２処理室内に供給される前記スイープガスの少なくとも何れか一方である対象ガスに水蒸気を供給する水蒸気供給部を備えることを特徴とする請求項５に記載の発電システム。
【請求項１１】
前記運転条件制御装置が、
前記水蒸気供給部が前記混合ガスに水蒸気の供給する場合は、前記混合ガスに対する前記水蒸気供給部からの水蒸気添加量を、前記制御対象運転条件候補の１つとして制御し、
前記水蒸気供給部が前記スイープガスに水蒸気の供給する場合は、前記スイープガスに対する前記水蒸気供給部からの水蒸気添加量を、前記制御対象運転条件候補の１つとして制御することを特徴とする請求項１０に記載の発電システム。
【請求項１２】
前記水蒸気供給部は、前記ガスエンジンから排出される高温の排出ガスとの熱交換により水を加熱して生成された水蒸気を、前記対象ガスに供給することを特徴とする請求項７、８、１０及び１１の何れか１項に記載の発電システム。
【請求項１３】
前記水蒸気供給部は、前記ガスエンジンから排出される排出ガスに含まれる水蒸気を、前記対象ガスに供給することを特徴とする請求項７、８、１０、１１及び１２の何れか１項に記載の発電システム。
【請求項１４】
前記混合ガスが、有機物のメタン発酵により生成されたバイオガスに由来するガスを含み、前記混合ガス中に含まれる硫黄成分を除去する超高次脱硫触媒を用いた脱硫装置を、前記燃料ガス供給装置より上流側に備えることを特徴とする請求項４〜１３の何れか１項に記載の発電システム。
【請求項１５】
前記燃料ガス供給装置が、前記対象成分ガスが二酸化炭素の場合は前記設定範囲より前記対象成分ガスの濃度の低い、または、前記対象成分ガスがメタンの場合は前記設定範囲より前記対象成分ガスの濃度の高い、メタンを主成分とする第１濃度調整ガスを前記混合ガスに供給する第１ガス供給装置を備え、
前記第１ガス供給装置が、前記ガス濃度センサの計測結果に基づいて、前記対象成分ガスが二酸化炭素で、前記混合ガスの前記対象成分ガスの濃度が前記設定範囲より高い場合、または、前記対象成分ガスがメタンで、前記混合ガスの前記対象成分ガスの濃度が前記設定範囲より低い場合に、前記混合ガスに前記第１濃度調整ガスを供給して、前記混合ガス中のメタンと二酸化炭素の濃度を制御することを特徴とする請求項１〜１４の何れか１項に記載の発電システム。
【請求項１６】
前記第１ガス供給装置が、前記混合ガス中に含まれる二酸化炭素をメタンに対して選択的に分離する第２の二酸化炭素除去装置と、前記第２の二酸化炭素除去装置を用いて前記混合ガスから二酸化炭素を分離して予め準備した前記第１濃度調整ガスを貯蔵する第１容器と、を備えていることを特徴とする請求項１５に記載の発電システム。
【請求項１７】
前記燃料ガス供給装置が、前記対象成分ガスが二酸化炭素の場合は前記設定範囲より前記対象成分ガスの濃度の高い、または、前記対象成分ガスがメタンの場合は前記設定範囲より前記対象成分ガスの濃度の低い、二酸化炭素またはメタンと二酸化炭素を主成分とする第２濃度調整ガスを前記混合ガスに供給する第２ガス供給装置を備え、
前記第２ガス供給装置が、前記ガス濃度センサの計測結果に基づいて、前記対象成分ガスが二酸化炭素で、前記混合ガスの前記対象成分ガスの濃度が前記設定範囲より低い場合、または、前記対象成分ガスがメタンで、前記混合ガスの前記対象成分ガスの濃度が前記設定範囲より高い場合に、前記混合ガスに前記第２濃度調整ガスを供給することを特徴とする請求項１〜１６の何れか１項に記載の発電システム。
【請求項１８】
前記第２ガス供給装置が、前記第２濃度調整ガスを貯蔵する第２容器を備え、
前記第２濃度調整ガスが、前記二酸化炭素除去装置によって前記混合ガスから除去された二酸化炭素を含むことを特徴とする請求項１７に記載の発電システム。
【請求項１９】
メタンを主成分として二酸化炭素を含む燃料ガスを消費して運動エネルギを発生するガスエンジンと、前記ガスエンジンが発生する前記運動エネルギにより駆動され発電する発電機を備えた発電システムであって、
外部から供給されるメタンと二酸化炭素を主成分とする混合ガスに対して、前記混合ガス中のメタンと二酸化炭素の少なくとも何れか一方の対象成分ガスの濃度を、前記ガスエンジンの前記燃料ガス中の前記対象成分ガスの濃度に対する設定範囲内に制御して、前記燃料ガスとして、前記ガスエンジンに供給する燃料ガス供給装置と、
前記混合ガスの二酸化炭素濃度とメタン濃度の少なくとも何れか一方の濃度を計測するガス濃度センサと、を更に備え、
前記燃料ガス供給装置が、前記対象成分ガスが二酸化炭素の場合は前記設定範囲より前記対象成分ガスの濃度の低い、または、前記対象成分ガスがメタンの場合は前記設定範囲より前記対象成分ガスの濃度の高い、メタンを主成分とする第１濃度調整ガスを前記混合ガスに供給する第１ガス供給装置と、前記対象成分ガスが二酸化炭素の場合は前記設定範囲より前記対象成分ガスの濃度の高い、または、前記対象成分ガスがメタンの場合は前記設定範囲より前記対象成分ガスの濃度の低い、二酸化炭素またはメタンと二酸化炭素を主成分とする第２濃度調整ガスを前記混合ガスに供給する第２ガス供給装置と、を備え、
前記第１ガス供給装置が、前記ガス濃度センサの計測結果に基づいて、前記対象成分ガスが二酸化炭素で、前記混合ガスの前記対象成分ガスの濃度が前記設定範囲より高い場合、または、前記対象成分ガスがメタンで、前記混合ガスの前記対象成分ガスの濃度が前記設定範囲より低い場合に、前記混合ガスに前記第１濃度調整ガスを供給して、前記混合ガス中のメタンと二酸化炭素の濃度を制御し、
前記第２ガス供給装置が、前記ガス濃度センサの計測結果に基づいて、前記対象成分ガスが二酸化炭素で、前記混合ガスの前記対象成分ガスの濃度が前記設定範囲より低い場合、または、前記対象成分ガスがメタンで、前記混合ガスの前記対象成分ガスの濃度が前記設定範囲より高い場合に、前記混合ガスに前記第２濃度調整ガスを供給して、前記混合ガス中のメタンと二酸化炭素の濃度を制御し、
前記燃料ガス供給装置が、前記混合ガス中に含まれる二酸化炭素をメタンに対して選択的に分離する二酸化炭素除去装置と、前記二酸化炭素除去装置を用いて前記混合ガスから二酸化炭素を分離して予め準備した前記第１濃度調整ガスと前記第２濃度調整ガスを各別に貯蔵する第１容器と第２容器を、更に備えていることを特徴とする発電システム。
【請求項２０】
前記混合ガスが、有機物のメタン発酵により生成されたバイオガスに由来するガスを含むことを特徴とする請求項１〜１３、１５〜１９の何れか１項に記載の発電システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
また、下記の特許文献２には、バイオガス中の二酸化炭素及び硫化水素を、アルカリ吸収液を用いて吸収分離してバイオガスを精製し、メタン濃度を安定的に９０％以上に高めてから、ガスエンジンやガスタービンを用いたエンジン式の発電装置、または、燃料電池を用いた燃料電池式の発電装置の燃料として利用する発電システムが開示されている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５０】
具体的には、ＣＯ２除去装置１６は、図２（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、ＣＯ２分離膜２０と、ＣＯ２分離膜２０によって隔てられた第１処理室２１と第２処理室２２を備えて構成される。第１処理室２１には、混合ガスＭＧを第１処理室２１内に受け入れる第１受入口２１ａと、第１処理室２１内で混合ガスＭＧ中の上記対象成分ガス（メタンまたは二酸化炭素）の濃度が後述する要領で上記設定範囲（メタン濃度の設定範囲Ｗｃｈ４、または、二酸化炭素濃度の設定範囲Ｗｃｏ２）内に制御された混合ガスを、燃料ガスＦＧとして、第１処理室２１外に排出する第１排出口２１ｂが設けられている。また、第２処理室２２には、スイープガスＳＧを第２処理室２２内に受け入れる第２受入口２２ａと、ＣＯ２分離膜２０を介して第１処理室２１から第２処理室２２へ透過した混合ガスＭＧの一部とスイープガスＳＧの混合ガスＥＧを排出する第２排出口２２ｂが設けられている。尚、図２（Ａ）は、ＣＯ２分離膜２０が平板状の場合について、ＣＯ２除去装置１６の概略構造を夫々模式的に示した２種類の断面図である。図２（Ａ）の各断面図の断面は、ＣＯ２分離膜２０に直交し、互いに直交する。図２（Ｂ）は、ＣＯ２分離膜２０が円筒形状の場合について、ＣＯ２除去装置１６の概略構造を夫々模式的に示した２種類の断面図である。図２（Ｂ）の各断面図の断面は、円筒形状のＣＯ２分離膜２０の軸心を通る断面と、当該軸心と直交する断面である。よって、図２（Ａ）及び（Ｂ）の各部の寸法比は、必ずしも、実際のＣＯ２除去装置１６の各部の寸法比とは一致していない。尚、図２（Ａ）及び（Ｂ）中の矢印は、各部のガスの流れる方向を模式的に示したものである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６７】
尚、運転条件が周囲温度Ｔａである場合を除き、各シミュレーションに使用したＣＯ２分離膜（ＣＯ２促進輸送膜）２０の膜性能として、ＣＯ２パーミアンス＝１．５×１０−５［ｍｏｌ／（ｍ２ｓｋＰａ）］、ＣＨ４パーミアンス＝１．０×１０−７［ｍｏｌ／（ｍ２ｓｋＰａ）］、Ｈ２Ｏパーミアンス＝４．０×１０−５［ｍｏｌ／（ｍ２ｓｋＰａ）］を、便宜的に、夫々一定値として扱った。運転条件が周囲温度Ｔａである場合は、周囲温度Ｔａの変化に合わせて、ＣＯ２パーミアンスを直接変化させている。実際の各膜性能は、運転条件によって変動するが、上記各運転条件と、ＣＯ２除去装置１６のＣＯ２回収率［％］及び燃料ガスＦＧのＣＨ４純度［％］との間の概略の関係をシミュレーションによって調べるには十分である。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９２】
ＣＯ２除去装置１６及び５１に使用する促進輸送膜のＣＯ２／ＣＨ４選択比は、例えば、１００以上であるので、混合ガスＥＧのメタン濃度は極めて低く、更に、当該メタン濃度の低い混合ガスＥＧ中のメタンが、ＣＯ２分離膜５２を通過する量は極めて小さい。従って、ＣＯ２除去装置５１の二酸化炭素除去率を設定範囲Ｗｃｈ４及び設定範囲Ｗｃｏ２に応じて高く設定することで、混合ガスＳＧ２’のメタン濃度を、設定範囲Ｗｃｈ４より所定値（例えば、５〜１０ｖｏｌ％）以上低く、或いは、混合ガスＳＧ２’の二酸化炭素濃度を、設定範囲Ｗｃｏ２より所定値（例えば、５〜１０ｖｏｌ％）以上高くすることができる。しかし、第２容器５６内に貯蔵された第２濃度調整ガスＢＧ２の二酸化炭素濃度及びメタン濃度は、設定範囲Ｗｃｏ２より上記所定値以上高く、設定範囲Ｗｃｈ４より上記所定値以上低いという条件は満足されているが、その実際の濃度は不明であるので、第２容器５６には、ガス濃度センサ１４と同様のガス濃度センサ５７が設けられ、第２濃度調整ガスＢＧ２の二酸化炭素濃度及びメタン濃度の測定値が、制御部１７ａに通知される構成となっている。そして、制御部１７ａは、ガス濃度センサ５７の測定結果も考慮に入れて、上記必要な流量の計算を行う。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１７】
１０，１０ａ，１０ｂ        ：  発電システム
１１                        ：  ガスエンジン
１２                        ：  発電機
１３，１３ａ，６０          ：  燃料ガス供給装置
１４，４６，５７，７１，７４：  ガス濃度センサ
１５                        ：  インバータ装置
１６，４１，５１，６６      ：  ＣＯ２除去装置
１７                        ：  運転条件制御装置
１７ａ，６１                ：  制御部
１８                        ：  水蒸気供給部
１８ａ                      ：  水蒸気分離部
１９，４７，５５，７２      ：  水蒸気除去部
２０，４２，５２，６７      ：  ＣＯ２分離膜（ＣＯ２促進輸送膜）
２１，４３，５３，６８      ：  第１処理室
２１ａ                      ：  第１受入口
２１ｂ                      ：  第１排出口
２２，４４，５４，６９      ：  第２処理室
２２ａ                      ：  第２受入口
２２ｂ                      ：  第２排出口
２３ａ                      ：  第１供給管
２３ｂ                      ：  第１排気管
２４ａ                      ：  第２供給管
２４ｂ                      ：  第２排気管
２５，２８                  ：  マスフローコントローラ
２６，２９                  ：  背圧弁
２７，３０                  ：  圧力計
３１                        ：  流量調整装置
３２                        ：  圧力調整装置
４０，６２                  ：  第１ガス供給装置
４５，７０                  ：  第１容器
５０，６３                  ：  第２ガス供給装置
５６，７３                  ：  第２容器
６４                        ：  ガス混合部
６５                        ：  流量計
ＥＧ，ＥＧ’                ：  混合ガス
ＦＧ                        ：  燃料ガス
ＭＧ，ＭＧ’，ＭＧ１        ：  混合ガス
ＳＧ，ＳＧ１，ＳＧ２，ＳＧ３：  スイープガス
ＳＧ１’，ＳＧ２’，ＳＧ３’：  混合ガス
【手続補正７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１１】
2019049629.tif 000021
【国際調査報告】
2019049629.tif 000022
2019049629.tif 000023
2019049629.tif 000024