(57)【要約】【課題】  精製ガスの供給ガス圧の変動幅を小さくし、供給塔の液封を保ち、メタン濃度の変動の少ないガス精製装置及び発電システムを提供する。【解決手段】  原料消化ガス１中に含まれる酸性ガスを除去して精製ガス９を得るガス精製装置２００において、又はガス精製装置２００を用いた燃料電池発電システム１００において、第１に精製ガス９の出口配管８に入口配管１０４に戻すバイパス配管１０５を設け、精製ガス９の供給ガス圧を検知して、原料ガス１を吸収塔７に送風するガスブロワ２の出力を制御する、第２に吸収塔７に溜められた吸収液４の液位を検出して、バイパス返流路１１４に自動開閉弁１１６を設けて返流流量を調整する、第３に燃料電池１０３の起動時には、再生塔４０内のＤＥＡ水溶液４４を常温に保持し、燃料電池１０３の発電に伴って生じる排熱を利用してＤＥＡ水溶液４４を加熱し、精製消化ガス９のメタン濃度をほぼ一定に制御する。【選択図】  図４
2005334806.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料ガス中に含まれる酸性ガスを除去して精製ガスを得るガス精製装置において；
流下する塩基性の吸収液に対して前記原料ガスを流すことにより、前記吸収液に前記酸性ガスを吸収させ、前記酸性ガスを吸収した吸収液を流出させる吸収塔と；
前記吸収塔から流入する吸収液を溜め、溜められた吸収液に再生ガスを吹き込むことにより、前記酸性ガスを吸収した吸収液を再生する再生塔と；
前記吸収塔と前記再生塔との間で前記吸収液を循環させる循環経路と；
前記精製ガスの前記吸収塔からガス消費設備への出口配管と；
前記原料ガスを前記吸収塔に送風するガスブロワを途中に挿入した入口配管と；
前記精製ガスの前記ガス消費設備への供給ガス圧を検知するガス圧検知手段と；
前記ガス圧検知手段の出力信号に基き前記ガスブロワの出力を制御する供給ガス圧制御手段とを備える；
ガス精製装置。
【請求項２】
前記出口配管から分岐して取り出した精製ガスを前記入口配管に戻すバイパス配管と；
前記バイパス配管の途中に開閉弁を設け；
前記ガス圧検知手段が前記精製ガスの前記ガス消費設備への供給圧力の急増を検知した場合に、前記供給ガス圧制御手段は前記開閉弁を開く；
請求項１に記載のガス精製装置。
【請求項３】
前記循環経路は、前記吸収塔から流出する吸収液を、水頭差により前記再生塔に流入させる水頭差流路を有する；
請求項１又は請求項２に記載のガス精製装置。
【請求項４】
原料ガス中に含まれる酸性ガスを除去して精製ガスを得るガス精製装置において；
流下する塩基性の吸収液に対して前記原料ガスを流すことにより、前記吸収液に前記酸性ガスを吸収させ、前記酸性ガスを吸収した吸収液を流出させる吸収塔と；
前記吸収塔から流入する吸収液を溜め、溜められた吸収液に再生ガスを吹き込むことにより、前記酸性ガスを吸収した吸収液を再生する再生塔と；
前記吸収塔と前記再生塔との間で前記吸収液を循環させる循環経路とを備え；
前記循環経路に、前記吸収塔に溜められた吸収液の液位を検出する液位検出器と、
前記吸収塔から前記再生塔へ流下する返流路にバイパス返流路を設け、；
前記バイパス返流路に、前記液位検出器の信号に基いて返流流量を調整する自動開閉弁を設ける；
ガス精製装置。
【請求項５】
前記循環経路は、前記再生塔で再生された吸収液をそのまま前記吸収塔に供給する；
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のガス精製装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のガス精製装置と；
前記ガス精製装置で精製された精製ガスを燃料とし、前記燃料と酸化剤との電気化学的反応により発電する燃料電池とを備える；
発電システム。
【請求項７】
原料ガス中に含まれる酸性ガスを除去して精製ガスを得るガス精製装置と、
前記ガス精製装置で精製された精製ガスを燃料とし、前記燃料と酸化剤との電気化学的反応により発電する燃料電池と、
を備える発電システムであって；
前記ガス精製装置は、
流下する塩基性の吸収液としてのジエタノールアミン水溶液に対して前記原料ガスを流すことにより、前記吸収液に前記酸性ガスを吸収させ、前記酸性ガスを吸収した吸収液を流出させる吸収塔と、
前記吸収塔から流入する吸収液を溜め、溜められた吸収液に再生ガスを吹き込むことにより、前記酸性ガスを吸収した吸収液を再生する再生塔と、
前記吸収塔と前記再生塔との間で前記吸収液を循環させる循環経路と、
前記燃料電池の起動時には、前記再生塔内の吸収液を常温に保持し、前記燃料電池の発電に伴って生じる排熱を利用して前記吸収液の加熱を行ない、前記精製ガスのメタン濃度をほぼ一定に制御するメタン濃度制御手段とを備える；
発電システム。
【請求項８】
前記燃料電池が固体高分子型燃料電池である；
請求項６又は請求項７に記載の発電システム。
【請求項９】
原料ガス中に含まれる酸性ガスを除去して精製ガスを得るガス精製工程と、
前記ガス精製工程で精製された精製ガスを燃料とし、前記燃料と酸化剤との電気化学的反応により燃料電池にて発電する発電工程とを備える発電方法において；
前記ガス精製工程は、
吸収液としてジエタノールアミン水溶液を用い、
流下する塩基性の前記吸収液に対して前記原料ガスを流し、前記吸収液に前記酸性ガスを吸収させる吸収工程と、
前記酸性ガスを吸収した吸収液に再生ガスを吹き込み、前記吸収液を再生する再生工程と、
前記吸収工程と前記再生工程との間で、前記吸収液を循環させる循環工程とを備え；
前記発電工程は、
前記燃料電池の起動時には、前記再生塔内の吸収液を常温に保持し、前記燃料電池の発電に伴って生じる排熱を利用して前記吸収液の加熱を行ない、前記精製ガスのメタン濃度をほぼ一定に制御する工程を備える；
発電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス精製装置、発電システム及び発電方法に関し、特に吸収装置と再生装置を使用し、塩基性の吸収液を循環使用して消化ガス等に含まれる炭酸ガス等の酸性ガスを除去するガス精製装置、そのガス精製装置を用いた発電システム及び発電方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１１に従来のガス精製製装置２１０を示す。原料ガス１を吸収塔７へ導入し、吸収液をスプレーノズル５から流下させ、原料ガス１と充填材で構成する対向流部６で気液接触させ炭酸ガスを吸収させる。炭酸ガスを吸収した吸収液は吸収塔７の底部に位置する液溜３に貯留し、液溜３に溜めた吸収液４は、ポンプ１０により吸収液熱交換器１１と出口配管１４を経由して再生塔２２の上部へ液送される。この吸収液熱交換器１１は温水１２を温水配管１５に通すことにより吸収液を加熱するように構成されている。再生ガス３１を、ガスブロワ３２を挿入した配管３３を介して再生塔２２へ導入し、吸収液をスプレーノズル１６から流下させ、再生ガス３１と充填材で構成する対向流部１９で気液接触させ炭酸ガスを放出させる。液溜２１に溜めた吸収液を、ポンプ２４により液配管２３、２５、２７、及び熱交換器２６を経由して吸収塔７の上部へ液送し、循環させて再使用するように構成されている。この熱交換器２６は冷却水２８を冷却水配管２９、３０に通すことにより吸収液を冷却するように構成されている。
【０００３】
このようなガス精製装置２１０は、吸収液の再生処理を行うが、これは吸熱反応であり化学平衡論的に吸収液の温度が高いほど再生効率が向上するため、温水１２若しくは水蒸気を吸収液熱交換器１１に供給し、吸収液温度を上昇させている。例えば、吸収液熱交換器１１の出口配管１４の吸収液温度は通常７０℃から１２０℃に調整されている。
【０００４】
一方、原料ガス１の精製処理は、発熱反応であり吸収液温度が低いほど吸収効率が向上するため、吸収塔７へ液送する吸収液は熱交換器２６に供給される冷却水２８により冷却される。例えば、熱交換器２６の出口配管２７の吸収液温度は通常３０℃から４０℃に調整されている。
【０００５】
ガス精製装置２１０は、上述したように吸収液を吸収塔７と再生塔２２との間で循環させるために２台のポンプ１０、２４が必要であり、吸収塔７と再生塔２２の双方に溜める吸収液の液位制御に複雑なコントロールを要していた。
【０００６】
そこで、発明者達は、吸収液を循環させる揚水装置の台数を減少でき、吸収液の液位制御の安定性に優れたガス精製装置、及びそのガス精製装置を用いた発電システムを提案した（特許文献１参照）。
【０００７】
上記提案発明によれば、ガス精製装置（図１参照）は、吸収塔では、塩基性の吸収液Ｓ１を流下させて、流下する吸収液Ｓ１に対して原料ガスＭ１を流し、吸収液Ｓ１に酸性ガスを吸収させ、吸収塔７から流出する吸収液を水頭差により再生塔４０に流入させ、再生塔４０では、吸収塔７から流入する吸収液を溜め、溜められた吸収液４４に再生ガス３１を吹き込み、酸性ガスを吸収した吸収液を再生し、再生塔４０から吸収塔７へポンプ２４などで液送して、吸収液を循環させる。
【０００８】
このように構成すると、吸収塔７から流出する吸収液４を、水頭差６０により再生塔４０へ自然流入させることができるので、吸収液の揚水装置の個数を減少させ、吸収液の液位制御の安定性に優れたガス精製装置を提供することが可能となる。
【特許文献１】特開１００３−３２７９８１号公報（段落００２１〜００９５、図１０〜図１５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、第１に、上記提案発明だけでなく図１１の従来例においても、ガス精製装置とガス消費設備としての燃料電池とを組み合わせた発電システムにおいて、燃料電池のガス消費量はその運転状態に応じて頻繁に増減する場合があり、消化ガス供給ブロワの出力を一定として運転を行い、消化ガス精製装置と燃料電池とを直結した場合、その運転状態に応じて燃料電池への精製ガスの圧力が変動することがある。更に燃料電池が急に運転停止に至った場合、供給ブロワの停止に至るまでに精製ガスの圧力が急増することがある。
【００１０】
第２に、上記提案発明は、吸収塔から再生塔への返流に自然流下方式を採用する。また、装置の構成上、吸収塔に吸収液による液封がなければ、吸収塔に導入された消化ガスは再生塔へと流れていき、そのまま再生塔の排気系統を通って外部へと流出してしまう。図１１の従来の方式では吸収塔と再生塔の間に手動弁（図示しない）を設けて、吸収塔に液封が確保できるよう調整していた。しかしながら、提案発明の方式では、精製ガスの圧力変動や再生塔の液位変動などの影響により、吸収塔側と再生塔側の圧力バランスが崩れてしまい、長時間運転時などに液封が保てなる場合や液面が上昇しすぎる場合が生じ得る。
【００１１】
第３に、上記提案発明だけでなく図１１の従来の運転方法においても、再生塔に起動用ヒータを具備し、燃料電池を起動する前に再生塔内の吸収液を所定の温度まで加熱しておき、燃料電池の起動初期の段階から吸収液の吸収性能を高くする運転制御を実施していた。このため、特に、吸収液としてジエタノールアミン水溶液を用いる場合、燃料電池起動時で燃料消費が少ない段階においてガス精製装置の見かけ上の精製性能が良くなり、起動時における精製メタン濃度が計画値よりも高くなっていた。
【００１２】
本発明は、第１に、燃料電池などのガス消費設備のガス消費量の変動にともなう精製ガスの供給ガス圧の変動幅を小さくし、ガス精製装置及びガス消費設備の安定した運転やガス消費設備の安定した起動を可能とする、第２に、精製ガスの供給ガス圧変動や再生塔の液位変動などの影響により、吸収塔側と再生塔側の圧力バランスが崩れた場合でも、吸収塔の液封を保つことができる、第３に、燃料電池起動時及び起動後において、メタン濃度の変動が少なく、安定した発熱量をもった精製ガスを供給できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明によるガス精製装置は、例えば図１及び図４に示すように、原料ガス１中に含まれる酸性ガスを除去して精製ガス９を得るガス精製装置２００において、流下する塩基性の吸収液Ｓ１に対して原料ガスＭ１を流すことにより、吸収液に酸性ガスを吸収させ、酸性ガスを吸収した吸収液を流出させる吸収塔７と、吸収塔７から流出する吸収液を溜め、溜められた吸収液４４に再生ガス３１を吹き込むことにより、酸性ガスを吸収した吸収液を再生する再生塔４０と、吸収塔７と再生塔４０との間で吸収液を循環させる循環経路２３，２４，２５，４２と、精製ガス９の吸収塔７からガス消費設備１０３への出口配管８と、原料ガス１を吸収塔７に送風するガスブロワ２を途中に挿入した入口配管１０４と、精製ガス９のガス消費設備１０３への供給圧力を検知するガス圧検知手段１０７と、ガス圧検知手段１０７の出力信号に基きガスブロワ２の出力を制御する供給ガス圧制御手段１０８とを備える。
【００１４】
このように構成すると、燃料電池などのガス消費設備１０３のガス消費量の変動にともなう精製ガス９の供給ガス圧の変動幅を小さくでき、ガス精製装置２００及びガス消費設備１０３の安定した運転やガス消費設備１０３の安定した起動が可能となる。また、精製ガス９の供給圧力は吸収塔７内の吸収液の液位に影響するので、吸収塔７内の吸収液の液位の安定した制御が可能となる。
【００１５】
また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載のガス精製装置において、例えば図４に示すように、出口配管８から分岐して取り出した精製ガスを入口配管１０４に戻すバイパス配管１０５と、バイパス配管１０５の途中に開閉弁１０６を設け、ガス圧検知手段１０７が精製ガス９のガス消費設備１０３への供給圧力の急増を検知した場合に、供給ガス圧制御手段１０８は開閉弁１０６を開く。
【００１６】
このように構成すると、燃料電池１０３などのガス消費設備の停止時等に生じ得る、精製ガス供給圧力の急激な増加を抑制でき、ガス配管系に使用する機器の劣化を防止できる。
【００１７】
また、請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載のガス精製装置において、例えば図１に示すように、循環経路は、吸収塔７から流出する吸収液を、水頭差により再生塔４０に流入させる水頭差流路４６を有する。
【００１８】
ここにおいて、水頭差には水溶液の液位差に限られず、液体間の液位差を含むものとするこのように構成すると、吸収工程を経た吸収液を再生塔へ自然流下させ、吸収液を循環させる揚水装置の台数を減少させて、簡易で且つ高効率のガス精製装置を提供できる。
【００１９】
上記目的を達成するために、請求項４に係る発明によるガス精製装置は、例えば図１及び図６に示すように、原料ガス１中に含まれる酸性ガスを除去して精製ガス９を得るガス精製装置２００において、流下する塩基性の吸収液Ｓ１に対して原料ガスＭ１を流すことにより、吸収液Ｓ１に酸性ガスを吸収させ、酸性ガスを吸収した吸収液を流出させる吸収塔７と、吸収塔７から流入する吸収液を溜め、溜められた吸収液４４に再生ガス３１を吹き込むことにより、酸性ガスを吸収した吸収液を再生する再生塔４０と、吸収塔７と再生塔４０との間で吸収液を循環させる循環経路２３，２４，２５，４２とを備え、循環経路４２に、吸収塔７に溜められた吸収液４の液位を検出する液位検出器１１１と、吸収塔７から再生塔４０へ流下する返流路４２にバイパス返流路１１４を設け、バイパス返流路１１４に、液位検出器１１１の信号に基いて返流流量を調整する自動開閉弁１１６を設ける。
【００２０】
このように構成すると、精製ガスの供給ガス圧変動や再生塔の液位変動などの影響により、吸収塔側と再生塔側の圧力バランスが崩れた場合でも、吸収液の返流流量を調整することにより吸収塔の液封を保つことができる。また、自動開閉弁１１６の取り付け位置をバイパス返流路１１４としたことにより、頻繁な開／閉を防止する事ができ自動開閉弁１１６の寿命を延ばすことができる。
【００２１】
また、請求項５に係る発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のガス精製装置において、例えば図１に示すように、循環経路２３，２４，２５，４２は、再生塔４０で再生された吸収液４４をそのまま吸収塔７に供給する。
【００２２】
ここで、吸収液４４をそのままとは、再生塔４０と吸収塔７との間に例えば水冷熱交換器のような積極的に温度を変動させる装置を設置せずに、吸収液４４を再生塔４０から吸収塔７へ直接的に液送する態様をいう。吸収液温度が大気温度より高い場合には、循環経路２３，２４，２５，４２の中で液送される吸収液４４が液配管内で自然放熱するような態様をいう。
【００２３】
このように構成すると、循環経路２３，２４，２５，４２に吸収液４４を冷却する冷却源を追加する必要がなく、システム構成を簡易化できる。
【００２４】
上記目的を達成するために、請求項６に係る発明による発電システムは、例えば図４に示すように、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のガス精製装置２００と、ガス精製装置２００で精製された精製ガス９を燃料とし、燃料と酸化剤との電気化学的反応により発電する燃料電池１０３とを備える。
【００２５】
このように構成すると、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のガス精製装置で精製された精製ガス９をを利用した発電が可能となる。また、燃料電池１０３はガス精製装置で精製されたガスを脱炭酸処理を施す手間が省け、高効率の燃料電池発電ができる。さらに、燃料電池１０３で発生した排熱で吸収液４４を加熱する熱交換器を備えれば、排熱を回収し有効利用することができる。
【００２６】
上記目的を達成するために、請求項７に係る発明による発電システムは、例えば図１、図４及び図８に示すように、原料ガス１中に含まれる酸性ガスを除去して精製ガス９を得るガス精製装置２００と、ガス精製装置２００で精製された精製ガス９を燃料とし、燃料と酸化剤との電気化学的反応により発電する燃料電池１０３とを備える発電システム１００であって、ガス精製装置２００は、流下する塩基性の吸収液Ｓ１としてのジエタノールアミン（以下、ＤＥＡという。）水溶液に対して原料ガスＭ１を流すことにより、吸収液Ｓ１に酸性ガスを吸収させ、酸性ガスを吸収した吸収液を流出させる吸収塔７と、吸収塔７から流入する吸収液を溜め、溜められた吸収液４４に再生ガス３１を吹き込むことにより、酸性ガスを吸収した吸収液を再生する再生塔４０と、吸収塔７と再生塔４０との間で吸収液を循環させる循環経路２３，２４，２５，４２と、燃料電池１０３の起動時には、再生塔４０内の吸収液４４を常温に保持し、燃料電池１０３の発電に伴って生じる排熱を利用して吸収液４４の加熱を行ない、精製ガス９のメタン濃度をほぼ一定に制御するメタン濃度制御手段とを備える。
【００２７】
このように構成すると、起動用の電気ヒータを省略することができ、ガス精製装置を小型化でき、運転コストを低減化ができる。また、燃料電池起動時において、メタン濃度の変動が少なく、安定した発熱量をもった消化ガスを供給できる。また、燃料電池起動後は燃料電池の排熱を利用して再生塔の温度を維持でき、エネルギー消費が少なく、運転コストも低減できる。
【００２８】
また、請求項８に係る発明は、請求項６又は請求項７に記載の発電システムにおいて、前記燃料電池が固体高分子型燃料電池である。
【００２９】
このように構成すると、固体高分子型燃料電池は、室温から１００℃近くまでの比較的低い温度で作動し、また、高い出力密度が得られるので、起動性に優れ、小型化が可能である。また、幅広い応用が期待される。
【００３０】
上記目的を達成するために、請求項９に係る発明による発電方法は、例えば図３及び図９に示すように、原料ガス１中に含まれる酸性ガスを除去して精製ガス９を得るガス精製工程と、前記ガス精製工程で精製された精製ガス９を燃料とし、燃料と酸化剤との電気化学的反応により燃料電池１０３にて発電する発電工程とを備える発電方法において、ガス精製工程は、吸収液としてＤＥＡ水溶液を用い、流下する塩基性の吸収液Ｓ１に対して原料ガスＭ１を流し、吸収液Ｓ１に酸性ガスを吸収させる吸収工程と、酸性ガスを吸収した吸収液に再生ガス３１を吹き込み、吸収液を再生する再生工程と、吸収工程と再生工程との間で、吸収液を循環させる循環工程とを備え、発電工程は、燃料電池１０３の起動時には、再生塔４０内の吸収液４４を常温に保持し（ステップＳ３０１）、燃料電池１０３の発電に伴って生じる排熱を利用して吸収液４４の加熱を行ない（ステップＳ３０２、ステップＳ３０３）、精製ガス９のメタン濃度をほぼ一定に制御する（ステップＳ３０４）工程を備える。
【００３１】
このように構成すると、起動用の電気ヒータを省略することができ、ガス精製装置を小型化でき、運転コストを低減化できる。また、燃料電池起動時において、メタン濃度の変動が少なく、安定した発熱量をもった消化ガスを供給できる。また、燃料電池起動後は燃料電池の排熱を利用して再生塔の温度を維持でき、エネルギー消費が少なく、運転コストも低減できる。
【発明の効果】
【００３２】
以上のように本発明によれば、第１に、燃料電池などのガス消費設備のガス消費量の変動にともなう精製ガスの供給ガス圧の変動幅を小さくでき、ガス精製装置及びガス消費設備の安定した運転やガス消費設備の安定した起動が可能になる。
【００３３】
第２に、精製ガスの供給ガス圧変動や再生塔の液位変動などの影響により、吸収塔側と再生塔側の圧力バランスが崩れた場合でも、吸収塔の液封を保つことができる。
【００３４】
第３に、燃料電池起動時及び起動後において、メタン濃度の変動が少なく、安定した発熱量をもった精製ガスを供給できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、各図において互いに同一あるいは相当する部材には同一符号または類似符号を付し、重複した説明は省略する。以下の実施の形態では、精製対象の被処理ガスに消化ガスを用い、循環経路に水頭差流路を用い、発電は精製ガスを燃料とする燃料電池を用いる例について説明する。
【００３６】
図１にガス精製装置２００の主要部の構成例を示す。図１を参照して、本発明による第１の実施の形態であるガス精製装置としての消化ガス精製装置２００を説明する。図１には主要部として、吸収塔７、再生塔４０、循環経路２３，２４，２５，４２を示す。
【００３７】
消化ガス精製装置２００は、消化ガス源から酸性ガスとしての炭酸ガス等を含む消化ガスの供給を受ける。消化ガスとは、バイオマスや有機性廃棄物等の発酵によって得られるメタンガス等を主成分とするガスである。バイオマスとは、藻類、稲がら、砂糖きび粕、アルコール発酵粕等であり、有機性廃棄物とは、食品製造廃液、畜産排水や下水処理等で発生する余剰汚泥等である。
【００３８】
有機物のメタン発酵によって得られる消化ガスは、有機物の種類やメタン発酵条件によって異なるが、一般に主成分としてメタンが５０〜７０％、二酸化炭素が３０〜５０％、水素が０〜２％、窒素が０〜２％含まれ、また、微量成分として硫化水素及び塩化水素が数十〜数百ｐｐｍの範囲において含まれている。一方、例えば水素製造工程に供給する精製ガス９としては、硫化水素や炭酸ガス等の酸性ガスの濃度を低くすることが要求される。特に炭酸ガスは所定の濃度以下とすることが要求される。
【００３９】
消化ガス精製装置２００は、ガスブロワ２を挿入配置する原料ガス配管で消化ガス源と接続された吸収装置としての吸収塔７を備える。吸収塔７は円筒状の容器として構成された塔であり、地上に円筒の中心軸を鉛直方向にして設置されている。円筒状の容器の上下方向中央部には気液接触層６が設けられ、その上方の空間には、塩基性の吸収液Ｓ１を気液接触層６の上部に散布するスプレーノズル５が設置され、吸収液Ｓ１は気液接触層６を流下して、気液接触層６の下部から上昇する原料ガスとしての原料消化ガスＭ１と接触する。また吸収塔７の円筒状容器の底部は、塩基性吸収液４を溜める液溜としてのタンク３となっている。
【００４０】
なお吸収装置は、図示のようなスプレーノズル５と気液接触層６を備える吸収塔７に限らず、タンク３内の底部に設けられた不図示のガス吹き込みノズルを備えるものであってもよい。この場合は、ノズルから原料ガス１を吸収液４に吹き込むことにより、原料ガス１が吸収液４内を泡状に上昇する間に、酸性ガスが吸収液４に吸収される。
【００４１】
消化ガス精製装置２００は、吸収塔７に隣接して低位置に設置された再生塔４０を備える。再生塔４０は、円筒状の容器として構成されたタンクであり、地上に円筒の中心軸を鉛直方向にして設置されており、円筒状のタンクに吸収液４４を溜めて、その上方には、再生ガス３１と炭酸ガスを収容する空間４８を有する。また再生塔４０の円筒状タンクの下部から再生ガス３１を噴射する再生ガス噴射管６１が設置され、バブル状の再生ガス６２を噴出させている。
【００４２】
ここで吸収液は、吸収塔７内を流下する液Ｓ１を酸性ガス吸収前の吸収液と呼び、液溜のタンク３に溜まった液を便宜上、酸性ガスを吸収した吸収液と呼ぶ、この呼び方によれば、スプレーノズル５で散布される液は酸性ガス吸収前の吸収液であり、液溜のタンク３中の液は酸性ガスを吸収した吸収液ということになる。再生塔４０に溜める液は酸性ガスを吸収した吸収液と炭酸ガス吸収率を回復した吸収液との混合吸収液である。これらを区別する必要のないときは、総称して吸収液と呼ぶ。
【００４３】
図中では、吸収液４は、液溜のタンク３に溜まった液を示している。気液接触層６上部の、未だ酸性ガスを吸収する前の吸収液Ｓ１は、タンク３内の吸収液よりも酸性ガスの吸収能力が高く、再生塔４０に溜まっている吸収液４４と同程度の濃度である。
【００４４】
再生塔４０についても同様であり、図中では、吸収液４４とは、再生塔４０に溜まった液を示しているが、配管４２を自然流下して吸収塔７から再生塔４０に供給される液は、未だ再生される前の酸性ガスを吸収した吸収液であり、再生塔４０中の吸収液４４は再生処理中又は再生処理後の吸収液で、スプレーノズル５で散布される吸収液と同程度の濃度ということになる。
【００４５】
吸収塔７の液溜のタンク３と再生塔４０の水頭差流路４６は、液配管４２で構成されている。液配管４２には、吸収塔７側の液溜のタンク３に溜まった吸収液４の液面と再生塔４０内の吸収液の液面の水頭差６０により、吸収液４が自然流下する。従って、液配管４２の系統にはポンプによる液送機構が不要である。
【００４６】
再生塔４０と吸収塔７のスプレーノズル５とは、液配管２３と液配管２５との間に挿入配置されたポンプ２４で構成される循環経路で接続されている。ポンプ２４は不図示の電動機で駆動される。該電動機は例えばインバータから供給される周波数の調節された電源により駆動される。インバータは、制御装置からの信号に基いて周波数を調節する。周波数の調節により、ポンプ２４の回転速度を調節し、液配管２３と液配管２５を流れる吸収液の流量（循環量）を調節する。
【００４７】
液配管２５に不図示の液流量検出器を挿入配置し、吸収塔７と再生塔４０との間の吸収液循環量を検出して再生塔４０の出力側のポンプ２４を制御してもよい。
【００４８】
また、吸収塔７の気液接触層６上方の部分には、精製ガスの出口配管８が接続されており、気液接触層６上方の空間から精製ガス９を送出するように構成されている。精製ガスとしてのメタン濃縮ガス９は、消化ガス源と吸収塔７との間の原料ガス１の入口配管に挿入配置したガスブロワ２による吹き込み圧力により吸収塔７から送出される。
【００４９】
さらに吸収塔７頂部のガス配管８に、不図示の酸性ガス濃度検出器を設置してメタン濃縮度を検出する。但し、酸性ガス濃度検出器の設置位置は、ここに限らず濃度検出に適した位置であれば、吸収塔７の気液接触層６上方の空間であってもよい。但し、出口配管８に設ければ、滞留部分と違って均一化された濃度を検出できる利点がある。
【００５０】
吸収塔７の気液接触層６に充填材を装填してもよく、充填材の材料の種類としては、十分な耐食性及び耐熱性、そして高い接触効率を有するものであれば何でもよい。構造としては、吸収液Ｓ１を流下させながら、上昇する原料ガスＭ１と向流接触させやすい構造であればよく、例えば、金属又は合成樹脂製の繊維を充填材充填構造とすることができる。
【００５１】
再生塔４０中に配置された再生ガス噴射管６１から細かい気泡状の再生ガス６２を吹き込み、吹き込まれた再生ガス６２は微細な気泡状態で吸収液４４中を上昇し、さらに吸収液面から再生塔４０の上方空間４８に滞留し、その後、頂部出口配管１７から再生ガスと酸性ガスとの混合ガス１８として排出される。
【００５２】
さらに再生塔４０底部に鉛直方向に設置された隔壁５０は、再生ガス噴射管６１から放出される再生ガス６２の気泡と吸収液４４を分離して循環経路２３内への気泡混入を防止する。また、水頭差流路４６も再生ガスの気泡が混入しないように、先端部を吸収液面方向に配向するように設置している。
【００５３】
消化ガス精製装置２００は、さらに再生塔４０から吸収塔７に供給する液の流量を制御する不図示の制御装置を備えることができ、制御装置は、ポンプ２４を制御して循環経路２３に流れる吸収液の流量をコントロールする。制御装置は、例えば、酸性ガス濃度検出器からの濃度信号、液流量検出器からの流量信号、液温度検出器からの温度信号を受信して、制御信号をインバータに送信することにより液流量をコントロールする。
【００５４】
図２に第１の実施の形態によるガス精製装置の変形例２０１の主要部の構成例を示す。この変形例２０１では、図１における再生塔４０の上下中間位置に充填材６８を装填したものである。充填材６８の材料の種類としては、十分な耐食性及び耐熱性、そして高い接触効率を有するものであれば何でもよい。
【００５５】
構造としては、再生ガス噴射管６１から噴射する微細気泡の浮上を制限する繊維構造であって、微細気泡と吸収液４４との気液接触時間を増大させる通路を提供し、複数の微細気泡が結合し粒度を増大しようとする気泡を分断して吸収液４４中を浮上する再生ガス６２の微細気泡を維持する充填材構造であればよく、例えば、金属又は合成樹脂製の繊維を充填材充填構造とすることができる。充填材の繊維により浮上通路が狭くなり、再生ガス６２の吸収液４４液面に達するまでの到達時間を延長させる。
【００５６】
再生塔４０中に配置された再生ガス噴射管６１から細かい気泡状の再生ガス６２を吹き込み、吹き込まれた再生ガス６２は微細な気泡状態で吸収液４４中を上昇し、充填材６８を通過し、充填材上方の吸収液中に放出される。ガスはさらに吸収液面から再生塔４０の上方空間４８に滞留し、その後、頂部出口配管１７から再生ガスと酸性ガスとの混合ガス１８として排出される。
【００５７】
また、再生ガス噴射管から放出した複数の再生ガス６２の微細気泡は、吸収液を浮上中に相互に結合して徐々に粒度が大きくなり、吸収液４４と再生ガス６２との気液接触が低下するが、図２に示した充填材６８により気泡を分断し、気泡の粒度増大を阻止すると共に、吸収液４４の液面に達するまで微細気泡状態を維持するため、良好な気液接触状態を形成することができる。充填材６８は、金属若しくは合成樹脂の繊維を再生ガスの気泡が通過する程度の密度で織り込んで円筒状に構成し、再生塔の容器内壁に密着するように装填する。
【００５８】
再度図１に戻り、第１の実施の形態について説明する。小規模の燃料電池に適用する消化ガス精製装置について、本願発明者は、吸収液の吸収能力及び再生能力を試験研究した結果、吸収液温度を４０℃から５５℃の範囲に設定し循環使用させることで吸収塔７及び再生塔４０がバランス良く、それぞれ吸収作用と再生作用を行うことを見出した。
【００５９】
吸収液が４０℃以下の場合には、気液平衡の温度依存性から炭酸ガス吸収能力が高いが、４０℃以下の液温では再生塔４０内の再生反応が十分に進行しないため、再生処理中の吸収液４４中の炭酸ガス分圧が高く、このまま吸収塔７へ吸収液４４を循環させると酸性ガス吸収前の吸収液としての良好な炭酸ガス等の吸収反応が期待できず、吸収塔７の炭酸ガス吸収性能が低下する。
【００６０】
これに対して、吸収液温度を上昇させると再生能力は向上するが、炭酸ガス等の吸収能力が低下し液温が５５℃を超える吸収液では吸収塔７内の吸収反応が十分に進行しないため、炭酸ガス吸収性能が著しく低下し、燃料電池が要求する燃料としてのメタン濃縮度を満たすことが困難となる。また、再生塔４０の再生温度を上昇させると、システム全体の所要熱量の増大を招くため、エネルギー効率の点からも好ましくない。そこで、循環使用する吸収液温度を４０℃から５５℃の範囲に制御して、吸収液の炭酸ガス等の吸収と吸収液の再生を両立させることが望ましい。
【００６１】
再生塔４０から吸収塔７へ液送される処理液は、大気温度との差から循環経路内で自然冷却されるが、略４０℃以上の吸収液を吸収塔７へ供給する。ここで、吸収液温度は、例えば再生塔４０側では大気温度より高い約５５℃の吸収液温度に設定し、液配管２３、ポンプ２４、液配管２５で構成される循環経路を流れる間に自然冷却されるが、吸収塔７のスプレーノズル５から散布される吸収液の温度は約４５℃で供給される。従って、吸収塔７と再生塔４０の双方の吸収液温度は４０℃から５５℃の温度範囲に制御され、吸収作用と再生作用を行うことができる。
【００６２】
図３に本実施の形態におけるガス精製工程のフロー例を示す。流下する塩基性の吸収液Ｓ１に対して原料ガスＭ１を流し、吸収液Ｓ１に酸性ガスを吸収させる吸収工程（ステップＳ００１）と、酸性ガスを吸収した吸収液に再生ガス３１を吹き込み、吸収液を再生する再生工程（ステップＳ００３）と、吸収工程と再生工程との間で、吸収液を循環させる循環工程（ステップＳ００２及びステップＳ００４）とを備える。ガス精製工程でこれらの工程（ステップＳ００１〜ステップＳ００４）が繰り返される。
【００６３】
図４に消化ガス精製装置２００を用いた発電システム１００の構成例を示す。図４を参照して、発電システムを説明する。発電システム１００は、ガス精製装置２００と、ガス精製装置２００に原料ガスとしての消化ガス１を供給する原料ガス供給装置としてのメタン発酵処理設備１０２と、ガス精製装置２００で精製されたメタン濃縮ガス９を燃料とし、燃料と酸化剤との電気化学的反応により発電する燃料電池１０３とを備える。
【００６４】
このように構成すると、酸性ガスを除去されたガスを燃料電池１０３に供給することができ、ガス精製装置で精製されたガスを燃料とし、燃料と酸化剤との電気化学的反応により発電する燃料電池１０３を備えるので、ガスを利用した発電が可能となり、燃料電池１０３で発生した排熱で吸収液を加熱する熱交換器１０９を備えるので、排熱を回収し有効利用することができる。燃料電池１０３はガス精製装置２００で精製されたガスを脱炭酸処理する手間が省け、高効率の燃料電池発電ができる。排熱は別の熱利用にも供される。
【００６５】
発電システム１００では、燃料電池１０３からの直流の電力を昇圧器に入力して所定の直流電圧に昇圧し、昇圧された直流電力を直流交流変換器に入力して固定周波数の交流電力に変換し、変換された交流電力は系統電力線を介して電力グリッドに供給され又は負荷に供給される。例えば、昇圧器、直流交流変換器及び燃料電池１０３はコントローラとしてのマイクロコンピュータを使用して制御される。
【００６６】
精製消化ガスとしてのメタン濃縮ガス９の出口配管８と原料消化ガス１の入口配管１０４との間にバイパス配管１０５と自動開閉弁１０６を設ける。出口配管８にはガス圧検知手段としての圧力センサ１０７を設けて、精製消化ガス９のガス圧をモニタして、供給ガス圧制御手段１０８に送信し、供給ガス圧制御手段１０８は自動開閉弁１０６及びガスブロワ２を制御する。
【００６７】
燃料電池１０３のガス消費量が減った場合、供給ガス圧制御手段１０８は、精製消化ガス９の供給ガス圧を所定の圧力に調整しようとして、ガスブロワ２の出力を下げるように制御するが、それでもなお精製消化ガス９の供給ガス圧が所定の圧力以上になると、バイパス配管１０５に設置した自動開閉弁１０６を開けて精製消化ガス９の圧力を逃がし、ガスブロワ２の出力を下げすぎることなく、供給ガス圧を所定の圧力に調整する。
【００６８】
また、燃料電池１０３のガス消費量が増えた場合、供給ガス圧制御手段１０８は、精製消化ガス９の供給ガス圧を所定の圧力に調整しようとして、ガスブロワ２の出力を上げるように制御するが、それでもなお精製消化ガス９の供給ガス圧が所定の圧力以下になると、バイパス配管１０５に設置した自動開閉弁１０６を閉じて精製消化ガスの圧力を逃がさないようにし、ガスブロワ２の出力を上げすぎることなく、供給ガス圧を所定の圧力範囲に調整する。
【００６９】
また、燃料電池１０３が急停止した場合にも、供給ガス圧制御手段１０８は、自動開閉弁１０６を開けることにより、精製消化ガス９の配管８に圧力がこもらないように調整する。
【００７０】
本実施の形態では、吸収液としてＤＥＡ水溶液１１０を用い、循環経路２５に分岐を設けて、ＤＥＡ水溶液１１０の一部を熱交換器１０９に導き、燃料電池１０３の排熱温水でＤＥＡ水溶液１１０を加熱し、再生塔４０に戻し、再生塔４０内のＤＥＡ水溶液４４を昇温させている。この場合、燃料電池１０３の起動時には再生塔４０内のＤＥＡ水溶液４４は常温であり、燃料電池１０３に精製消化ガス９が供給されて、排熱量が増加するにつれてＤＥＡ水溶液４４の温度が上昇し、燃料電池１０３の運転が安定した状態で、精製消化ガス９の供給量、燃料電池１０３からの排熱量が安定し、ＤＥＡ水溶液４４の温度が一定になる。これにより、後述するように燃料電池１０３の起動時から安定運転状態まで精製消化ガス９のメタン濃度がほぼ一定になる。
【００７１】
燃料電池１０３へ供給するメタン濃縮ガス９中の炭酸ガス濃度が許容範囲となるように、吸収液温度を選択する。即ち、熱交換器１０９により再生塔４０内の再生処理中又は再生処理後の吸収液４４の温度を約４０℃から５５℃の範囲に設定し、気泡状の再生ガス６２と気液接触させて炭酸ガス等を放出させ再生処理を施す。
【００７２】
この再生処理中又は再生処理後の吸収液４４を循環経路の液配管２３を経由して吸収塔７内のスプレーノズル５から散布し、塔内を上昇する原料ガスＭ１と気液接触させ炭酸ガス等の吸収処理を施し、メタン濃縮ガス９を生成する。約４０℃から５５℃の範囲に設定された吸収液Ｓ１は、燃料電池１０３の燃料としてのメタン濃度を満足する程度に原料消化ガス１から炭酸ガス等を除去して、燃料電池１０３に精製消化ガス９を供給ことができる。
【００７３】
図５に本実施の形態における供給ガス圧制御工程のフロー例を示す。ガス圧検知手段１０７で精製ガス９のガス消費設備としての燃料電池１０３への供給ガス圧を検知する供給ガス圧検知工程（ステップＳ１０１）と、ガス圧検知手段１０７の出力信号に基きガス消費設備１０３への供給ガス圧が一定となるように制御する供給ガス圧制御工程（ステップＳ１０２、ステップＳ１０３）とを備える。供給ガス圧制御工程は、精製ガスのガス消費設備１０３への供給ガス圧を検知するガス圧検知手段１０７の出力信号（ガス圧）に基き、吸収塔７に送風するガスブロワ２の出力を制御する（ステップＳ１０２）とともに、吸収塔７からガス消費設備１０３への出口配管８から分岐して取り出した精製ガスを吸収塔７への入口配管１０４に戻すバイパス配管１０５の途中に開閉弁１０６を設け、精製ガスのガス消費設備１０３への供給ガス圧の急増を検知した場合に、開閉弁１０６を開いて、精製ガス９の一部を原料ガス１に戻す（ステップＳ１０３）。
【００７４】
図６に吸収塔の液位制御系の構成例を示す。吸収塔７の円筒状容器の底部は、液溜としての角柱状のタンク３となっている。吸収塔７の外部には、液溜３の液位を検出する液位検出器としての液位センサー１１１と、検出された液位検出器１１１の信号に基いて液位を所定の液位設定値に制御する液位調節器１１２とを設置する。なお、液位調節器１１２は前述の吸収液の流量をコントロールする制御装置に組み込んでも良い。
【００７５】
また、原料消化ガス１又は精製消化ガス９の圧力変動や再生塔４０の液位変動などの影響により、吸収塔７側と再生塔４０側の圧力バランスが崩れてしまい液封を保てなくなる欠点を解消するために、吸収塔７から再生塔４０へ返流する配管（返流路）４２に手動弁１１３を設け、さらにバイパス返流管（バイパス返流路）１１４と、バイパス返流管１１４に手動弁１１５及び自動開閉弁としての電磁弁１１６を設けて、通常は手動弁１１３、１１５を開にしておき、液位検出器１１１により液位Ｈ以上を検知したときに、液位調節器１１２は自動開閉弁１１６を開とすることによってバイパス返流路１１４を開き、液位検出器１１１により液位Ｌ以下を検知したときに、液位調節器１１２は自動開閉弁１１６を閉とすることによってバイパス返流路１１４を閉じ、バイパス返流管１１４を流れる吸収液の流量を調整することにより、常に液封を保つことができる。
【００７６】
また、本実施の形態では自動開閉弁１１６の頻繁な開／閉を防ぐために自動開閉弁１１６の取り付け位置を返流路の本管４２ではなく、バイパス配管１１４を増設してそこに取り付けるようにした。これにより自動開閉弁１１６が閉まっている場合でも本管４２から所定量の吸収液（ＤＥＡ水溶液）が再生塔４０へ返送される為、レベルＨに達する間隔を長くする事ができる。
【００７７】
自動開閉弁を配管４２に直接設置しオンオフ制御とした場合、自動開閉弁が閉のときは再生塔４０への返流がストップしてしまい、タンク３内の水位はすぐにレベルＨに達してしまう。また、自動開閉弁を開とすると、今度はタンク３内の水位は急激に低下しレベルＬに達する。バイパス１１４を設けない場合はこのように自動開閉弁は頻繁なオンオフを繰り返すことになる。バイパス１１４を設け、そこに自動開閉弁１１６を設置することにより、常時配管４２から再生塔４０への返流を実施し、配管４２に設けた手動弁１１３は自動開閉弁が閉となっているときにタンク３内の水位が徐々に上昇するように調整する。また、水位がレベルＨに達したときに自動開閉弁１１６を開とし、タンク３の水位が徐々に下降するように調整することで、水位の上昇、下降のスピードを大幅に抑えることができ、自動開閉弁１１６の開閉の回数を抑えることができる。なお、自動開閉弁１１６を電磁弁とした場合、組み合わせる液位センサー１１１は電極式のセンサーで良い。
【００７８】
図７に本実施の形態における吸収塔７の液位調整工程のフロー例を示す。液位調整工程は、吸収塔７から流出する吸収液を、水頭差により再生塔４０に流入させる循環工程（ステップＳ００２）において行なわれ、液位検出器１１１で吸収塔７に溜められた吸収液の液位を検出し（ステップＳ２０１）、液位検出器１１１が所定の液位高さ以上を検出した場合に自動開閉弁１１６を開き、液位検出器１１１が所定の液位高さ以下を検出した場合に自動開閉弁１１６を閉じ、吸収塔７に溜められた吸収液の液位を一定範囲内に維持する（ステップＳ２０２）。
【００７９】
図８に本実施の形態及び従来例における精製ガスのメタン濃度の経時変化例を比較して示す。図８（ａ）は、本実施の形態における例であり、図８（ｂ）は従来例である。説明の符号については図４を参照されたい。
【００８０】
吸収液としてＤＥＡ水溶液１１０を用いる。燃料電池１０３に精製ガス９を供給し始めるときには燃料電池１０３からの排熱がないため、ＤＥＡ水溶液４４の温度が常温であり、吸収には有利となるものの再生には不利な状況にある。しかしながら発明者達は燃料電池１０３の起動時の燃料消費量変化を検討した結果、燃料電池１０３起動時の燃料消費量であれば、常温のＤＥＡ水溶液であってもその二酸化炭素吸収に対する能力は十分なレベルであることに着目し、且つ燃料電池１０３が発電運転に移行し、燃料消費量が増加しても、そこに至るまでの運転によってＤＥＡ水溶液は十分に再生されるため、その温度が常温に近い状態であっでも二酸化炭素を吸収できることに想到し、実験を行い本発明を案出した。
【００８１】
燃料電池１０３は起動開始時から次第に燃料消費量が増加し、最高出力運転等の安定運転に到達した後は燃料消費量が一定になる。この燃料消費量の一部は排熱温水として熱交換器を介して再生塔４０に供給され、吸収液としてのＤＥＡ水溶液４４を加熱する。従来は、図８（ｂ）に示すように、燃料電池の起動開始時からＤＥＡ水溶液４４を加熱し、二酸化炭素吸収能力を増加させていたので、燃料電池１０３の起動開始時から最高出力運転に到達するまでの間は、精製消化ガス９の実際のメタン濃度は、計画値をかなり上回っていた。
【００８２】
これに対し、本実施の形態では図８（ａ）に示すように、起動用ヒータを取り外し、燃料電池起動前はＤＥＡ水溶液１１０を常温で循環させ、その二酸化炭素吸収性能を抑えて、燃料電池１０３が起動し発電運転がはじまり燃料消費量が増加してからは、燃料電池１０３からの排熱温水を利用してＤＥＡ水溶液を４４加熱し、次第に温度を上げて、その二酸化炭素吸収能力を次第に向上させることにより、精製消化ガス９中のメタン濃度を計画値近傍となるように維持できる。
【００８３】
典型的には、燃料電池１０３への精製消化ガス９の供給量の増加に比例して、燃料電池１０３からの排熱量が増加し、排熱量の増加に比例して再生塔４０内のＤＥＡ水溶液４４の温度が上昇する。そして、燃料電池１０３の運転が安定した状態で、精製消化ガス９の供給量、燃料電池１０３からの排熱量が安定し、ＤＥＡ水溶液４４の温度が一定になる。これにより、精製消化ガス９のメタン濃度は、燃料電池１０３の起動時から安定運転状態を通してほぼ一定に制御される。なお、液温度検出器、酸性ガス濃度検出器を設けて、吸収液の温度及び精製消化ガス９のメタン濃度をモニタし、前述の制御装置で精密制御しても良い。
【００８４】
また、本実施の形態における発電システムは、燃料電池１０３の起動時には、再生塔４０内のＤＥＡ水溶液４４を常温に保持し、燃料電池１０３の発電に伴って生じる排熱を利用してＤＥＡ水溶液４４の加熱を行ない、精製ガス９のメタン濃度をほぼ一定に制御するメタン濃度制御手段を備える。メタン濃度制御手段は、排熱温水を利用してＤＥＡ水溶液４４の加熱を行なう熱交換器１０９又は後述する熱交換チューブ５４と、排熱温水の供給量や温度、精製ガスのメタン濃度を制御する制御系（液温度検出器、酸性ガス濃度検出器、後述する温度コントローラ５３やバルブ５５など）が該当する。ただし、再生塔４０内のＤＥＡ水溶液４４を常温から加熱できるように構成されていることが肝要であり、また、制御系は必ずしも必要ではない。
【００８５】
図９に本実施の形態における精製ガスのメタン濃度制御工程のフロー例を示す。メタン濃度制御工程は、前記燃料と酸化剤との電気化学的反応により燃料電池にて発電する発電工程において行なわれ、発電工程は、吸収液としてＤＥＡ水溶液１１０を用い、燃料電池１０３の起動時には、再生塔４０内のＤＥＡ水溶液４４を常温に保持し（ステップＳ３０１）、燃料電池１０３の発電に伴って生じる排熱を利用してＤＥＡ水溶液４４の加熱を行ない（ステップＳ３０２、ステップＳ３０３）、精製ガス９のメタン濃度をほぼ一定に制御する（ステップＳ３０４）工程を備える。ＤＥＡ水溶液４４の加熱ステップは、燃料電池１０３起動後に、燃料電池１０３への精製消化ガス９の供給量の増加に比例して、燃料電池１０３からの排熱量が増加し、排熱量の増加に比例して再生塔４０内のＤＥＡ水溶液４４の温度が上昇する第１段階（ステップＳ３０２）と、燃料電池１０３の運転が安定した状態で、精製消化ガス９の供給量、燃料電池１０３からの排熱量が安定し、ＤＥＡ水溶液４４の温度が一定になる第２段階（ステップＳ３０３）を備える。
【００８６】
図１０に本発明の第２の実施の形態による消化ガス精製装置２０２の主要部の構成を示す。図１とは、液配管２５から吸収塔７の間にラジエータ５８と液配管２７が付設配置されている点、及び再生塔４０内の吸収液４４を加熱するために、熱交換器１０９に代えて再生塔４０内に配設された熱交換チューブ５４及びコントローラ５３を備え、さらにまた、熱交換チューブ５４へ供給する燃料電池１０３からの排熱温水５２は、コントローラ５３に接続されたバルブ５５により流量が制御される点が異なる。
【００８７】
液配管２７と液配管２５の間には、ラジエータ５８が付設配置されている。ラジエータ５８は、空冷又は水冷方式を用いることができるが、望ましくは、設備を小型にするため自然空冷若しくはファンによる強制空冷方式を用いるとよい。このラジエータ５８により液配管２５内の吸収液は所定の温度勾配をもって徐々に冷却される。
【００８８】
温度コントローラ５３により、吸収液温度を制御する。温度コントローラ５３は、吸収液温度検出器を再生塔４０内部に挿入して吸収液４４の液温を検出し、検出した液温情報に基づき排熱温水５２の流入量をバルブ５５で制御して、４０℃から５５℃の温度範囲で任意に吸収液４４の液温をコントロールする。
【００８９】
またポンプ２４系統に接続され、ラジエータ５８の下流に位置する液配管２７に、不図示の温度検出器としての吸収液温度検出器を設置し、上述した温度コントローラ５３へ吸収液温度信号を出力し、吸収液の酸性ガス吸収能力が高い温度、例えば、液配管２７中の吸収液を４０℃から５０℃の液温に設定するように構成しても良い。この場合、冷却された吸収液の検出液温に基づき、熱交換チューブ５４へ供給する排熱温水５２等の流量を制御して、再生塔４０内の吸収液温度を５０℃より高い液温にコントロールするとよい。なお、温度コントローラ５３は前述の制御装置に組み込んでも良い。
【００９０】
第２の実施の形態に対しても、図４〜図９で説明した、発電システムの構成、供給精製消化ガス圧の制御、再生塔の液位レベルの調整、燃料電池起動時の常温ＤＥＡ水溶液を用いる精製消化ガスのメタン濃度のコントロールを適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明の第１の実施の形態であるガス精製装置の主要部の構成例を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態であるガス精製装置の変形例の主要部の構成を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態におけるガス精製工程のフロー例を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態であるガス精製装置を用いた発電システムの構成例を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態における供給ガス圧制御工程のフロー例を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態における吸収塔の液位制御系の構成例を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態における吸収塔の液位調整工程のフロー例を示す図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態及び従来例における精製ガスのメタン濃度の経時変化例を比較して示す図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態における精製ガスのメタン濃度制御工程のフロー例を示す図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態であるガス精製装置の主要部の構成例を示す図である。
【図１１】従来のガス精製装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００９２】
１  原料ガス
２  ガスブロワ
３  液溜
４  吸収液
５  スプレーノズル
６  対向流部（気液接触層）
７  吸収塔
８  出口配管
９  精製ガス（メタン濃縮ガス）
１０  ポンプ
１１  吸収液熱交換器
１２  温水
１４  出口配管
１５  温水配管
１６  スプレーノズル
１７  頂部出口配管
１８  混合ガス
１９  対向流部（気液接触層）
２１  液溜
２２  再生塔
２３  液配管
２４  ポンプ
２５  液配管
２６  熱交換器
２７  液配管
２８  冷却水
２９、３０  冷却水配管
３１  再生ガス
３２  ガスブロワ
３３  配管
４０  再生塔
４２  液配管
４４  吸収液
４６  水頭差流路
４８  空間
５２  排熱温水
５３  温度コントローラ
５４  熱交換チューブ
５５  バルブ
５８  ラジエータ
６０  水頭差
６１  再生ガス噴射管
６２  再生ガス
６８  充填材
１００  発電システム
１０２  メタン発酵処理設備
１０３  燃料電池
１０４  入口配管
１０５  バイパス配管
１０６  自動開閉弁
１０７  ガス圧検知手段
１０８  供給ガス圧制御手段
１０９  熱交換器
１１０  ＤＥＡ水溶液
１１１  液位検出器
１１２  液位調節器
１１３  手動弁
１１４  バイパス返流管
１１５  手動弁
１１６  自動開閉弁
２００〜２０２、２１０  ガス精製装置
Ｍ１  原料ガス
Ｓ１  吸収液
【図１】
2005334806.tif 000003
【図２】
2005334806.tif 000004
【図３】
2005334806.tif 000005
【図４】
2005334806.tif 000006
【図５】
2005334806.tif 000007
【図６】
2005334806.tif 000008
【図７】
2005334806.tif 000009
【図８】
2005334806.tif 000010
【図９】
2005334806.tif 000011
【図１０】
2005334806.tif 000012
【図１１】
2005334806.tif 000013