(57)【要約】    【目的】メタン発酵により得た消化ガスに含まれるシロキサン等が安価に、かつ効率良く除去され、安定して運転できる消化ガス発電装置を得る。    【構成】浄化槽１におけるメタン発酵により得られた消化ガスを、消化ガス前処理装置８の保有水の深さ200 mm以下の部分に導入し、バブリングさせて水溶成分を保有水中に除去するとともに、消化ガス前処理装置８のガス通流空間に、バブリング後の消化ガスを0.1 m/sec以下の低速度で通流させ、不水溶性のミスト状異物を除去する。このようにして純化させた消化ガスを脱硫塔２に送って脱硫したのち、ガスホルダー３に貯留し、燃料電池発電装置４等の消化ガス発電装置に燃料ガスとして供給する。【選択図】          図１
2006008875.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性廃棄物をメタン発酵させて得た消化ガスを燃料ガスとして用いる消化ガス発電装置で、保有水中に消化ガスを導入してバブリングさせるバブリング機構と、バブリング後のガスを0.1 m/sec以下の流速で通流させる通流空間とを有する消化ガス前処理装置を備えたことを特徴とする消化ガス発電装置。
【請求項２】
前記バブリング機構におけるバブリングが深さ200 mm以下の深さで実施されることを特徴とする請求項１に記載の消化ガス発電装置。
【請求項３】
有機性廃棄物をメタン発酵させて得た消化ガスを燃料ガスとして用いる消化ガス発電装置で、導入した消化ガスを保有水流と向流接触させる消化ガス向流散水装置を備えたことを特徴とする消化ガス発電装置。
【請求項４】
前記消化ガス向流散水装置における消化ガスと保有水流との向流接触が、消化ガスの流速を0.1 m/sec以下に保持して実施されることを特徴とする請求項１に記載の消化ガス発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
有機性廃棄物をメタン発酵させて生じた消化ガスを燃料として発電させる消化ガス発電装置に係り、特に消化ガスに含まれるシロキサン化合物を除去する手段を備えた消化ガス発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化防止策の一つとしてＣＯ2 の排出量の削減が推進されており、下水処理場においても、発電設備を設置して電力を自給自足、さらには売電することによってエネルギーを効率的に利用し、同時にＣＯ2 の排出量の削減を図るケースが増加しつつある。すなわち、下水処理場では、集積した下水を濃縮処理して得た汚泥を微生物の作用によって嫌気性消化し、この過程で得られたメタンを主とする可燃性の消化ガスを、ガスエンジンやガスタービン等の発電設備に供給して電力を得る方式を採るのが一般的となりつつある。
しかしながら、下水処理の普及率の向上や生活形態の変化に伴って、近年、シャンプーやリンス等の頭髪仕上げ剤、カーワックス等の撥水剤などの消費量が増加し、これらに含まれるシロキサン化合物が下水処理場に流入する下水中に多量に流下するようになってきた。このシロキサン化合物は、シロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）を基本骨格とする鎖状化合物や環状化合物で、鎖状化合物としては、例えば、メトキシトリメチルシラン、ジメトキシジメチルシラン等が挙げられ、環状化合物としては、ヘキサメチルシクロトリシロキサン（Ｄ３体）等が挙げられる。
【０００３】
これらのシロキサン化合物の多くは、水に不溶であるため、汚泥に吸着した形で下水中に存在するが、消化過程では消化ガス側に揮散する。したがって、消化ガス中に含まれるシロキサン化合物の除去処理を行わないと、シロキサン化合物が消化ガスのメタンとともに発電用の燃料ガスとしてエンジンに流入し、エンジン内の燃焼室でシリカ（Si2O）となってエンジン内のシリンダーヘッドやその他の構成部品に付着・析出し、磨耗を生じてエンジンが劣化してしまうという不具合が生じることとなる。
また、消化ガスを活性炭に長時間通流した際、活性炭に相当量の吸着が認められるように、消化ガス中には、洗剤等に使用されているドデカン（Ｃ12Ｈ26）等の脂肪属高級炭化水素類も多量に含まれている。これらの脂肪属高級炭化水素類の沸点は、例えばドデカンが216 ℃、トリデカン（Ｃ13Ｈ28）が230 ℃と比較的高いので、消化ガス中には、ガスとしてではなく、細かいミストとして含まれるものと考えられる。これらの脂肪属高級炭化水素類は、上述のごときガスエンジンに流入しても燃焼、あるいは熱分解するので特に問題とはならないが、消化ガス中の硫黄成分を除去するためにガスエンジンの前段に活性炭等を用いた前処理装置を設置する場合には、これらの脂肪属高級炭化水素類が活性炭の表面を覆い、活性炭の吸着性能が著しく低下する事態が生じるという不具合があった。
【０００４】
図３は、従来のこの種の消化ガス発電装置の消化ガスの流れを模式的に示すフロー図である。本装置では、浄化槽１で生じた消化ガスを消化ガス冷却器７で冷却し、そののち脱硫器２へ送って脱硫したのちガスホルダー３へ貯留する。貯留された消化ガスは燃料電池発電装置４、あるいはガスエンジン発電装置５へと所定流量供給され、発電に寄与する。この従来例の構成では、消化ガスを消化ガス冷却器７により冷却することによって、消化ガス中のシロキサン化合物を除去し、シロキサン化合物により生じる前述のごとき不具合を抑制するよう構成されている。
また、特許文献１に記載の燃料電池発電システムでは、メタン発酵工程で生成した消化ガスを改質して含水素ガスを製造するガス処理工程において、消化ガス中の酸化ガスを吸着及び／又は吸収除去する前処理を行うことによってシロキサン化合物を除去することとしており、また、特許文献２に記載の消化ガス発電設備では、下水汚泥消化ガスをガスエンジンに燃料として供給し、発電するものにおいて、消化ガスを予め精製装置に送り、吸着剤に接触させる等の処置を行ってシロキサン化合物を除去している。
【特許文献１】特開2001― 23677号公報
【特許文献２】特開2002― 138851号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のごとく、下水処理場においては、有機性廃棄物をメタン発酵させて生じた消化ガスを燃料として発電させる消化ガス発電装置を付設してエネルギーを効率よく利用するケースが増加しているが、同時に、頭髪仕上げ剤やカーワックス等の撥水剤に起因するシロキサン化合物や、ドデカン（Ｃ12Ｈ26）等の脂肪属高級炭化水素類が消化ガス中に含まれることにより消化ガス発電装置の運転に不具合が生じている。また、これらの脂肪属高級炭化水素類によって前段に設置された前処理装置の活性炭の吸着性能が著しく低下するという不具合も生じている。
本発明は上記のごとき消化ガス発電装置の問題点を顧慮してなされたもので、本発明の目的は、有機性廃棄物をメタン発酵させて生じた消化ガスに含まれるシロキサン等のシリコン系化合物やドデカン等の脂肪属高級炭化水素類が効率良く除去され、安価に、かつ安定して運転できる消化ガス発電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために、本発明においては、
（１）有機性廃棄物をメタン発酵させて得た消化ガスを燃料ガスとして用いる消化ガス発電装置に、保有水中に消化ガスを導入してバブリングさせるバブリング機構と、バブリング後のガスを 0.1 m/sec 以下の流速で通流させる通流空間とを有する消化ガス前処理装置を備えることとし、さらに、このバブリング機構におけるバブリングを深さ 200 mm 以下の深さで行うこととする。
（２）また、有機性廃棄物をメタン発酵させて得た消化ガスを燃料ガスとして用いる消化ガス発電装置に、導入した消化ガスを保有水流と向流接触させる消化ガス向流散水装置を備えることとし、さらに、この消化ガス向流散水装置における消化ガスと保有水流との向流接触を、消化ガスの流速を 0.1 m/sec 以下に保持して行うこととする。
【発明の効果】
【０００７】
メタン発酵させて得た消化ガスを燃料ガスとして用いる消化ガス発電装置に，上記の（１）のごとく、バブリング機構とバブリング後のガスを 0.1 m/sec 以下の流速で通流させる通流空間とを有する消化ガス前処理装置を備えれば、消化ガスに含まれる水溶性成分はバブリングにより保有水中へと除去される。また、バブリング後のガスは 0.1 m/sec 以下の低流速で通流するよう構成されているので、消化ガスに含まれる不水溶性のミスト状の異物もより容易に保有水中へと除去されることとなり、消化ガスの純化が効果的に行われることとなる。なお、このとき、バブリング機構におけるバブリングを深さ 200 mm 以下で行うこととすれば、バブリングのために特に昇圧用のコンプレッサーを設ける必要がないので、安価にシステムを構成することができ、安価で、安定して運転できる消化ガス発電装置が得られることとなる。
【０００８】
また、消化ガス発電装置に，上記の（２）のごとく、消化ガスを保有水流と向流接触させる消化ガス向流散水装置を備えれば、上記（１）のバブリングと同様に、保有水流と向流接触によって、消化ガスに含まれる水溶性成分が保有水流中へと除去され、消化ガスの純化が効果的に行われる。また、消化ガスの流速を 0.1 m/sec 以下に保持して向流接触させれば、不水溶性のミスト状の異物も容易に保有水中へと除去されることとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の最良の実施形態の一つは、有機性廃棄物をメタン発酵させて得た消化ガスを燃料ガスとして用いる消化ガス発電装置で、保有水中に消化ガスを導入してバブリングさせるバブリング機構と、バブリング後のガスを 0.1 m/sec 以下の流速で通流させる通流空間とを有する消化ガス前処理装置を備えた消化ガス発電装置にある。
また、本発明の最良の実施形態の他の一つは、有機性廃棄物をメタン発酵させて得た消化ガスを燃料ガスとして用いる消化ガス発電装置で、導入した消化ガスを保有水流と向流接触させる消化ガス向流散水装置を備えた消化ガス発電装置にある。
【実施例１】
【００１０】
図１は、本発明の消化ガス発電装置の第１の実施例における消化ガスの流れを模式的に示すフロー図である。図３に示した従来例に用いられているものと同様の機能を有する構成要素には同一符号を付して重複する説明は省略する。本実施例の図３の従来例との相違点は、従来例で用いられていた消化ガス冷却器７に替わって、浄化槽１で生じた消化ガスを保有水中でバブリングさせる消化ガス前処理装置８と、消化ガス前処理装置８の保有水をポンプ９で循環させて純化する水処理装置１０が備えられている点にある。
本実施例の消化ガス前処理装置８は、浄化槽１で生じた消化ガスをバブリングさせるための保有水貯水部とバブリング後のガスを通流させる通流空間とからなる。系の圧力上昇を抑制するために、消化ガスを導入する接続配管６の先端の開口部は保有水貯水部の液面下 200 mm 以内に設定されている。また、通流空間を通流するバブリング後のガスの流速を 0.1 m/sec 以下の低速に抑えるために流路断面積が大きく設定されており、例えば、100 kW 級燃料電池発電装置の原燃料に相当する50 Nm3/hの水分を含む消化ガスの場合には、流路断面積を 0.154 m2以上、したがって、流路が円断面形状の場合には直径 0.45 m以上としている。
【００１１】
したがって、この消化ガス前処理装置８を組込んだ消化ガス発電装置においては、消化ガス前処理装置８でのバブリングにより消化ガスに含まれる水溶性成分が保有水中へと除去され、 0.1 m/sec 以下の低流速での通流により消化ガスに含まれる不水溶性のミスト状の異物も容易に除去されるので、消化ガスの純化が効果的に行われる。また、バブリングを深さ 200 mm 以下で行うこととしているので、特に昇圧用のコンプレッサーを設ける必要がなく、安価にシステムを構成することができる。
【実施例２】
【００１２】
図２は、本発明の消化ガス発電装置の第２の実施例における消化ガスの流れを模式的に示すフロー図である。本図においても、図３に示した従来例、図１に示した第１の実施例に用いられているものと同様の機能を有する構成要素には同一符号を付して重複する説明は省略する。本実施例の第１の実施例との相違点は、第１の実施例の消化ガス前処理装置８に替わって、消化ガス向流散水装置１１が用いられている点にある。消化ガス向流散水装置１１には、ガス空間の下部に消化ガス導入口が、またガス空間の上部に、消化ガス排出口、および水処理装置１０で浄化した保有水を散水する散水口１２が組込まれており、散水されて下部に貯えられた保有水は、ポンプ９によって水処理装置１０へと送られ、浄化されたのち再び散水口１２より消化ガス向流散水装置１１の内部へと散水される。
したがって、この消化ガス向流散水装置１１の内部においては、消化ガス導入口から消化ガス排出口へと通流する消化ガスの流れに向流して散水口１２より浄化された保有水が散水されることとなるので、消化ガスと散水との向流接触が生じ、消化ガスに含まれる水溶性成分が保有水流中へと除去され、消化ガスの純化が効果的に行われる。また、消化ガス向流散水装置１１の内部の消化ガスの流速が 0.1 m/sec 以下に保持されるようガス空間の形状、寸法が設定されているので、第１の実施例の消化ガス前処理装置８の場合と同様に、不水溶性のミスト状の異物も容易に保有水中へと除去されることとなる。
【産業上の利用可能性】
【００１３】
以上述べたように、有機性廃棄物をメタン発酵させて得た消化ガスを燃料ガスとして用いる消化ガス発電装置に、本発明のごとく、バブリング機構と低速で通流させる通流空間を有する消化ガス前処理装置、あるいは、導入した消化ガスを保有水流と向流接触させる消化ガス向流散水装置を備えることとすれば、安価にシステムが構成され、安定して運転できる消化ガス発電装置が得られるので、燃料電池発電装置やガスエンジン発電装置等の消化ガス発電装置として広く適用されることが期待される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の消化ガス発電装置の第１の実施例における消化ガスの流れを示すフロー図
【図２】本発明の消化ガス発電装置の第２の実施例における消化ガスの流れを示すフロー図
【図３】従来のこの種の消化ガス発電装置の消化ガスの流れを示すフロー図
【符号の説明】
【００１５】
１    浄化槽
２    脱硫塔
３    ガスホルダー
４    燃料電池発電装置
５    ガスエンジン発電装置
８    消化ガス前処理装置
１０    水処理装置
１１    消化ガス向流散水装置
１２    散水具
【図１】
2006008875.tif 000003
【図２】
2006008875.tif 000004
【図３】
2006008875.tif 000005