(57)【要約】【課題】  従来の消化ガスの精製に際しては、脱硫処理と脱炭酸処理の２段階の処理と設備を必要としていた。【解決手段】  塔内にガス逆流防止板で仕切られた複数の充填層を備えた充填塔形式の吸収塔を用い、前記吸収塔の塔底に消化ガスを導入し、塔頂から吸収水を供給して、吸収塔内で消化ガスと吸収水とを向流接触させて、消化ガス中の二酸化炭素、硫化水素等の不要ガス成分を吸収水に吸収させ、吸収塔の上部より精製メタンガスを取出すことを特徴とする消化ガスの精製方法。【効果】  本発明により１段階の吸収操作で、消化ガス中の二酸化炭素と硫化水素を同時に除去し、精製メタンガスを得ることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
塔内にガス逆流防止板で仕切られた複数の充填層を備えた充填塔形式の吸収塔を用い、前記吸収塔の塔底に消化ガスを導入し、塔頂から吸収水を供給して、吸収塔内で消化ガスと吸収水とを向流接触させて、消化ガス中の二酸化炭素、硫化水素等の不要ガス成分を吸収水に吸収させ、吸収塔の上部より精製メタンガスを取出すことを特徴とする消化ガスの精製方法。
【請求項２】
吸収塔内へ消化ガスを導入するために、吸収塔の上部から精製メタンガスを取出すためのガス圧縮機を駆動源として利用する請求項１記載の消化ガスの精製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、下水汚泥消化工程のメタン発酵、生ごみのメタン発酵、バイオマスのメタン発酵、糖蜜発酵残渣液のような高濃度廃水のメタン発酵等の各種分野において発生する消化ガス（メタン発酵ガス）を、都市ガス等の燃料や他の用途に供給することを可能とする消化ガスの精製方法である。
【背景技術】
【０００２】  下水処理等において、活性汚泥設備から発生する余剰汚泥は、メタン菌等の嫌気処理（消化処理）が行われ、余剰汚泥を消化汚泥として減容化させている。この消化工程から発生する消化ガス（メタン発酵ガス）は、二酸化炭素（ＣＯ２）を３０〜４０％含有しており、カロリー５０００〜６０００ｋｃａｌ／Ｎｍ３と低いために、このままでは都市ガスとして用いることはできず、これまではボイラー等で、前記のメタン発酵に必要な熱量を得る以外は、多くは焼却処分がなされていた。【０００３】  近年のデータによれば、全国の消化設備を有する下水処理場からは、年間約２億７０００万ｍ３もの消化ガスが発生しており、そのうち有効利用されているものは３０〜４０％であり、嫌気性消化に必要な熱源として３０〜４０％が用いられ、利用されずに余剰ガスとして廃棄されるものが３０％との報告もある。
しかしながら、これらは資源の有効利用や地球温暖化防止の見地からも好ましいことではなく、最近では消化ガス中に含まれているＣＯ２を大量の水吸収により除去し、カロリーアップを図り、都市ガス等への利用が試みられている。【０００４】  また、下水処理以外にも地球温暖化防止の見地からメタン発酵は焼却に代わって、例えば生ごみのメタン発酵等として、今後地球環境に優しいプロセスとしてますます注目を集めていくことが予想され、メタン発酵によって生ずる消化ガスの精製も重要な工程となってきている。しかしながら、消化ガスの精製技術は現状では不十分なものである。【０００５】  消化ガスは、各種廃棄物等を原料とした消化工程から発生するものであり、主成分のメタンを６０％程度、他に二酸化炭素（ＣＯ２）を３０〜４０％とＮＨ３、Ｈ２Ｓ等の若干量を含んでいる。消化ガスに含まれている硫化水素（Ｈ２Ｓ）等の硫化物は、ガス圧縮機や装置を腐食させたり、燃料に混入すると発熱量を低下させるために、予め脱硫処理を行い、その後に吸収塔に導き二酸化炭素を除去するようにしている。このため、脱硫処理と吸収処理の２段階の設備が必要であった。
消化ガスや消化ガスの脱硫処理については、例えば非特許文献１に記載されている。【０００６】  また、従来法では、脱硫処理後の消化ガス中の含まれているＣＯ２を、吸収塔で水吸収によって除去しており、ＣＯ２が水に溶解し難いために、吸収塔の塔高を高くすることが必要で、大規模な設備となっていた。【０００７】  水吸収以外の方法としては、特許文献１のように消化ガスから二酸化炭素を吸着により除去する設備が提案されているが、この場合にも、消化ガスは予め脱硫処理を施す必要がある旨説明されている。
【非特許文献１】「下・廃水汚泥の処理」、発行所コロナ社、昭和４５年１２月１５日再版発行、ｐ．１４２〜１４５
【特許文献１】特開２００１−１７０６９５号公報「メタンガス精製設備および家畜糞尿処理施設」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】  本発明は、上述した従来法における問題点を解決する消化ガスの精製方法を提案するものであり、比較的簡便な装置と方法により、消化ガスのカロリーアップを図り、精製されたメタンガスが燃料等の用途にも供給可能なものにするものである。
また、本発明の別の目的としては、消化ガスの精製工程の効率化を図り、吸収塔における吸収操作によって、二酸化炭素を除去するだけでなく硫化水素も一緒に除去することを意図したものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】  本発明は、塔内にガス逆流防止板で仕切られた複数の充填層を備えた充填塔形式の吸収塔を用い、前記吸収塔の塔底に消化ガスを導入し、塔頂から吸収水を供給して、吸収塔内で消化ガスと吸収水とを向流接触させて、消化ガス中の二酸化炭素、硫化水素等の不要ガス成分を吸収水に吸収させ、吸収塔の上部より精製メタンガスを取出すことを特徴とする消化ガスの精製方法である。【００１０】  さらには、吸収塔内へ消化ガスを導入するために、吸収塔の上部から精製メタンガスを取出すためのガス圧縮機を駆動源として利用するようにした上記の消化ガスの精製方法である。
【発明の効果】
【００１１】  本発明は、比較的に簡便な装置により、従来法におけるいろいろな問題点を解決することが可能な消化ガスの精製方法を提供することができる。特に、本発明では、消化ガス中に含まれている二酸化炭素と硫化水素等の不要ガス成分を一緒に吸収水に吸収させて除去することができるために、操作性が向上する。すなわち、消化ガス中の硫化水素は含有量が少ないために、従来のように予め脱硫処理を施す場合には、大量の消化ガスを処理するための負荷が大きく、そのための設備も必要であった。
本発明により得られる精製メタンガスは、メタンの含有割合が高く、高品質で発熱量がアップすることにより、燃料等の用途に供給できるだけでなく、その他の化学的な用途等への適用も可能となる。
また、設備としては、本発明の適用で、吸収塔としては塔の高さを低くすることが可能となることから、この観点でも貢献するところが大きいものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】  本発明では、メタン発酵工程から排出されるメタンを主成分とし、二酸化炭素（ＣＯ２）や硫化水素等を含む消化ガス（メタン発酵ガス）を、塔内にガス逆流防止板で仕切られた複数の充填層を備えた充填塔形式の吸収塔の塔底に導入し、吸収水を塔頂から流下させて、消化ガスの二酸化炭素や硫化水素等の不要ガス成分を吸収水に吸収させることにより、精製メタンガス中に含まれてくる二酸化炭素の含有量を低減させ、結果として精製されたメタンガスのカロリーアップを図っている。
本発明の充填塔形式の吸収塔を用いて、消化ガスを吸収処理することで、効率的になり吸収塔の塔高を低くすることが可能となる。【００１３】  本発明では、消化ガスから二酸化炭素や硫化水素等の不要ガス成分を吸収水に吸収させる操作を行っているが、水へのガスの溶解度を表わす定数としてヘンリー定数が知られており、２５℃におけるＣＯ２のヘンリー定数は１６００ａｔｍ／ｍｏｌｆｒで、水に難溶性のガスである。
一方、硫化水素の２５℃におけるヘンリー定数は５５０ａｔｍ／ｍｏｌｆｒで、ＣＯ２の１／３であり、比較的水に容易に溶解するために、吸収処理は容易であると思われれるかもしれないが、通常の充填塔を用いた場合には期待したような性能は得られない。【００１４】  充填層を一層だけ設けてあるような通常の充填塔を用いて、消化ガスの水吸収処理を行い二酸化炭素と硫化水素を同時に除去しようとすると、消化ガス中に多量に存在しているＣＯ２が律速になって、塔径が決まりガス速度が遅くなるために、塔内でガスの逆混合が生じ性能が出ないことになる。【００１５】  このため、本発明では吸収塔内で消化ガスと吸収水とを向流接触させる際に、ガスの逆混合を抑制し、効率的な水吸収が行われるように、吸収塔としてガス逆流防止板で仕切られた複数の充填層を備えた充填塔を用いるようにした。【００１６】  特に、本発明で対象としている消化ガス中の二酸化炭素のように水に難溶性のガスを、水吸収により除去する場合には、水量に対するガス量が非常に少ないために、塔内でガスの逆混合が生じて向流接触が不完全となり易く、吸収を阻害し効率を低下させる。この対策として、本発明では吸収塔に、塔内にガス逆流防止板で仕切られた複数の充填層を備えた充填塔形式の吸収塔を用いており、これが本発明の特徴である。ガス逆流防止板は、通常使用されている多孔板で開口面積を制限したものでもよいが、ガス孔と液孔を分け、ガスライザーを設けた形式のものが好ましい。
本発明で吸収塔として使用する前記のガス逆流防止板で仕切られた複数の充填層を備えた充填塔については、特開２０００−１６７３６６号公報や特開２００１−１２０９８２号公報等に詳しく開示されている。【００１７】  本発明の内容を、図面を用いて説明する。図１は、本発明の消化ガスを精製し、精製メタンガスとする場合のフローの一例を示すものである。
図示していないメタン発酵槽等から発生した消化ガス１は、精製のために吸収塔３の底部に送られる。ガス逆流防止板で仕切られた複数の充填層を備えた充填塔を用いた吸収塔３の塔底より、吸収塔内に消化ガスが導入され、一方の吸収水２は、吸収塔３の塔頂から塔内に供給される。吸収塔３内で消化ガスと吸収水とが向流接触し、消化ガス中の二酸化炭素、硫化水素等の不要ガス成分が除去された精製メタンガス５は吸収塔の上部より取出される。【００１８】  消化ガスの発生量が安定している場合には、消化ガスの発生するメタンガスの発生元から直接に消化ガスを吸収塔に供給してもよい。この他、消化ガスを一旦ガスホルダー等に貯留して、吸収塔の手前に圧縮機等を設置して、吸収塔へ送付するようにしてもよいが、脱硫処理を施していない消化ガスには腐食性の硫化水素が含まれているために、耐食性の機器を設置する必要があり設備的な負担が大きくなる。
このため、精製メタンガス５を吸収塔の上部より系外へ取出すために設置されているガス圧縮機４を利用し、吸収塔の手前に圧縮機等を設置することなく、消化ガスを吸収塔に導入するための駆動源としてガス圧縮機を用いるようにすることが好ましい。この場合には、吸収塔内を若干の負圧とさせ、消化ガスを導入することも可能となる。しかも、精製メタンガスの取出し側に圧縮機等を設置することになり、既に脱硫処理後のメタンガスを取扱うために、通常の機器類を用いることが可能となる。前述のケースでは、吸収塔内が若干の負圧となる場合を説明したが、消化ガスを一旦ガスホルダー等に貯留する場合には、貯留状況の圧力に応じて、消化ガスを吸収塔内へ供給可能なように制御すればよい。
尚、前記の説明ではガス圧縮機を例示したが、消化ガスを吸収塔に導入するための駆動源とするためであれば、送風機であっても同様の効果が期待できる。【００１９】  消化ガスの精製後に吸収塔の底部から排出される排水６には、吸収されたＨ２Ｓが含まれているが、これまでに脱硫処理として種々の方法が知られているので、必要に応じて公知の乾式脱硫法や湿式脱硫法を適用するようにすればよい。
【実施例】
【比較例】
【００２０】  最初に比較例として、従来法による脱硫処理と脱炭酸処理を別々に行った場合を示す。
消化ガスを乾式脱硫により、予め脱硫処理を施した後、８０００ｍｍの充填層を備えた充填塔を吸収塔として用いて、脱炭酸処理を行った。
吸収塔の仕様および結果を表１にまとめて示した。
【実施例１】
【００２１】  比較例と同じ消化ガスを使い、塔内にガス逆流防止板で仕切られた複数の充填層を備えた充填塔形式の吸収塔を用いて、図１の設備により精製した。本実施例では、ガスライザーと液孔を備えたガス逆流防止板を、充填塔の垂直方向に充填層に対応して複数設置した構造の充填塔を吸収塔として用いた。尚、充填層は４００ｍｍ×５段である。吸収塔の仕様および結果を表１にまとめて示した。【００２２】
【表１】
2005239991.tif 000003
【００２３】  表１の試験結果からは、本発明により１段階の吸収操作により、消化ガス中に含まれている二酸化炭素と硫化水素を一緒に除去できることが判る。本発明により得られる精製メタンガスは、メタンの含有割合が高いことも理解される。燃料ガスとしての発熱量は、メタン含有量が多く不純物が少ないほど効率的であるから、高品質であることはカロリーアップにつながり、燃料等の用途に供給可能となる。
また、設備的には、本発明の適用で、吸収塔の高さを低くすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の消化ガスを精製し、精製メタンガスとする場合のフローの一例である。
【符号の説明】
【００２５】１  消化ガス
２  吸収水
３  吸収塔
４  ガス圧縮機
５  精製メタンガス
６  排水
【図１】
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