(57)【要約】【課題】エネルギー効率の高い消化ガス貯蔵供給装置及びその運転方法を提供する。【解決手段】ピーク時（例えば日中の消費機器使用時）には、発酵槽２内で発生した消化ガスを吸着貯蔵ラインＬ１途中に設けられた直送ラインＬ７→供給ラインＬ６を介して直接、消費機器８に供給する。オフピーク時（例えば夕方〜朝まで）において、貯蔵容器７に消化ガスが十分充填されており、かつ、消費機器８のガス消費量が大きくない場合には、容器内の吸着ガスを脱着して供給ラインＬ６を介して消費機器８に供給する。  【選択図】図１
2009281427.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発酵槽と、発酵槽で発生する消化ガスを脱硫する脱硫塔と、脱硫ガスを圧縮する圧縮機と、圧縮されたガスを冷却する冷却器又は圧縮されたガスを除湿する除湿器の少なくとも一方と、除湿されたガスを一時的に貯蔵する吸着貯蔵容器と、貯蔵ガスを消費機器に供給するための供給ラインと、を備えた消化ガス貯蔵供給装置であって、
該発酵槽又は該脱硫塔を通過した消化ガスを、直接、該供給ラインに導くための直送ラインを、さらに備えて成ることを特徴とする消化ガス貯蔵供給装置。
【請求項２】
発酵槽と、発酵槽で発生する消化ガスを脱硫する脱硫塔と、脱硫ガスを圧縮する圧縮機と、圧縮されたガスを冷却する冷却器又は圧縮されたガスを除湿する除湿器の少なくとも一方と、除湿されたガスを一時的に貯蔵する吸着貯蔵容器と、貯蔵ガスを消費機器に供給するための供給ラインと、を備えた消化ガス貯蔵供給装置であって、
該吸着貯蔵容器内のガスを、該圧縮機に戻すための第一の容器加温ラインと、
該圧縮機を出たガスを、直接、該吸着貯蔵容器に導くための第二の容器加温ラインと、を、さらに備えて成ることを特徴とする消化ガス貯蔵供給装置。
【請求項３】
請求項１に記載の消化ガス貯蔵供給装置において、
ガス需要ピーク時には、前記発酵槽で発生する消化ガスを、直接、前記直送ラインを介して供給し、
オフピーク時には、前記発酵槽で発生する消化ガスを圧縮し、冷却又は除湿の少なくとも一方を行った後に吸着貯蔵する、
ことを特徴とする消化ガス貯蔵供給装置の運転方法。
【請求項４】
請求項２に記載の消化ガス貯蔵供給装置において、
前記吸着貯蔵容器を加温する際は、前記吸着貯蔵容器内の一部のガスを前記第一の容器加温ラインを介して前記圧縮機に戻して圧縮し、その後に前記第二の容器加温ラインを介して、再度、前記吸着貯蔵容器に戻す、
ことを特徴とする消化ガス貯蔵供給装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は消化ガスを吸着貯蔵して供給する消化ガス貯蔵供給技術に係り、特に、エネルギー効率の高い消化ガス貯蔵供給装置及びその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、資源有効利用、環境保全に対する社会的要請により、下水処理、畜産廃棄物処理等に伴い発生する消化ガス（バイオガス）を、吸着材を用いて吸着貯蔵し、供給する技術が注目されている。この場合、消化ガスは飽和水蒸気を含むため、直接吸着貯蔵すると水蒸気が吸着材に吸着・蓄積し、吸着材の貯蔵性能を劣化させる。このため、ガス中の水分を冷却塔や潮解性の塩で除湿した後に、吸着容器に貯蔵する方法が一般的に行われている。
さらに、装置の運転エネルギー効率向上を図るため、消化ガスの吸着に伴い生じる発熱を有効利用し、また、脱着時の吸熱作用による温度低下を防止する技術が提案されている（例えば特許文献１）。図６は、この技術による消化ガス貯蔵供給装置１００を示す。消化ガス貯蔵供給装置１００は、脱硫装置１０１を出て圧縮器１０２で圧縮した消化ガスを、除湿器１０３で除湿して、吸着槽（容器）１０４において吸着材１０４ａに吸着させる。吸着槽１０４には保温材１０４ｂが槽内壁又は／及び外壁に設けられている。槽内部にはヒータ１０４ｃを備えており、脱着時の吸熱作用による温度低下を防止する。さらに、脱着時における吸着槽内の水分凝縮を防止するため、槽内の一部のガスを連続的又は間歇的に返送ライン１０５を介して圧縮機に送り、圧縮・除湿したのち再度吸着槽１０４に戻すものである。
【特許文献１】特開２００２−１８８７９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら上記技術においては、発生する消化ガスのガスを全て圧縮・除湿する工程を経た後に吸着させるため除湿・冷却に要するエネルギーコストが嵩み、また除湿剤の維持コストも嵩むという問題がある。
また、ヒータ設置に関しては、吸着容器は中心部に近づくほど断熱状態に近く、脱着時には中心部が最も低温となる。このためヒータを容器内部に設置する必要がある。しかしながら容器内には可燃性ガスが貯蔵されており、さらに比較的高圧（1ＭＰａ程度）であることからヒータ設置は必ずしも容易ではなく、またコストアップ要因になるという問題もある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、このような課題を解決するためのものであって、消化ガスの除湿・冷却に要するエネルギーを低減可能な吸着貯蔵及び供給技術を提案する。
また、吸着容器内部に保温材やヒータを設けることなく、ガス送出時における吸着容器内の温度低下を抑制可能な吸着貯蔵及び供給技術を提案する。
本発明は、以下の内容を要旨とする。すなわち、本発明に係る消化ガス貯蔵供給装置は、
（１）発酵槽と、発酵槽で発生する消化ガスを脱硫する脱硫塔と、脱硫ガスを圧縮する圧縮機と、圧縮されたガスを冷却する冷却器又は圧縮されたガスを除湿する除湿器の少なくとも一方と、除湿されたガスを一時的に貯蔵する吸着貯蔵容器と、貯蔵ガスを消費機器に供給するための供給ラインと、を備えた消化ガス貯蔵供給装置であって、該発酵槽又は該脱硫塔を通過した消化ガスを、直接、該供給ラインに導くための直送ラインを、さらに備えて成ることを特徴とする。
本発明において発酵槽には、原料受入れ槽、前処理装置、残渣処理装置など発酵槽に付随する設備を含む。
（２）発酵槽と、発酵槽で発生する消化ガスを脱硫する脱硫塔と、脱硫ガスを圧縮する圧縮機と、圧縮されたガスを冷却する冷却器又は圧縮されたガスを除湿する除湿器の少なくとも一方と、除湿されたガスを一時的に貯蔵する吸着貯蔵容器と、貯蔵ガスを消費機器に供給するための供給ラインと、を備えた消化ガス貯蔵供給装置であって、該吸着貯蔵容器内のガスを、該圧縮機に戻すための第一の容器加温ラインと、該圧縮機を出たガスを、直接、該吸着貯蔵容器に導くための第二の容器加温ラインと、を、さらに備えて成ることを特徴とする。
【０００５】
また、本発明に係る消化ガス貯蔵供給装置の運転方法は、
（３）上記（１）の消化ガス貯蔵供給装置において、ガス需要ピーク時には、前記発酵槽で発生する消化ガスを、直接、前記直送ラインを介して供給し、オフピーク時には、前記発酵槽で発生する消化ガスを圧縮し、冷却又は除湿の少なくとも一方を行った後に吸着貯蔵する、ことを特徴とする。
（４）上記（２）の消化ガス貯蔵供給装置において、前記吸着貯蔵容器を加温する際は、前記吸着貯蔵容器内の一部のガスを前記第一の容器加温ラインを介して前記圧縮機に戻して圧縮し、その後に前記第二の容器加温ラインを介して、再度、前記吸着貯蔵容器に戻す、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、消費機器に供給するガスの一部については、圧縮・除湿・吸着の一部又は全部の行程を省略できるため、圧縮機や冷却器動力を低減でき、また、除湿剤や吸着材の消耗/劣化を抑制できるという効果がある。
また、バイパスラインを設けるのみで、ガス送出時における脱着に伴う吸着貯蔵容器内の温度低下を抑制できるため、装置構成を単純にすることができ、コストダウンを図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の実施形態について、図１〜４を参照してさらに詳細に説明する。なお、本発明の範囲は特許請求の範囲記載のものであって、以下の実施形態に限定されないことはいうまでもない。
＜装置構成＞
図１は、本実施形態に係る消化ガス貯蔵供給装置１の全体構成を示す図である。消化ガス貯蔵供給装置１は、発酵槽２と、発酵槽２で発生する消化ガスを脱硫する脱硫塔３と、脱硫後のガスを圧縮する圧縮機４と、圧縮されたガスを冷却する冷却器５と、冷却器５を出たガスを除湿する除湿器６と、除湿されたガスを一時的に貯蔵する貯蔵容器７と、貯蔵ガスを消費機器８（例えばボイラー）に供給するための供給ラインＬ６と、を備えている。各装置間は吸着貯蔵ラインＬ１〜Ｌ５により接続されている。また、発酵槽２を出た消化ガスを、直接、供給ラインＬ６に導くための直送ラインＬ７を備えている。さらに、後述するように、貯蔵容器７加温のために貯蔵容器７出側と圧縮機４とを結ぶ容器加温ラインＬ８ａ及び圧縮機４と貯蔵容器７とを結ぶ容器加温ラインＬ８ｂを備えている。なお、図示を省略するが、各ラインには以下の各工程操作に必要なバルブ類が設けられている。また、消費機器８は１台のみ示しているが、複数台であってもよい。
なお、本実施形態では冷却器と除湿器の両方を備える例を示したが、どちらか一方のみ備える形態であってもよい。
【０００８】
＜ガス貯蔵工程＞
次に図２を参照して、消化ガス貯蔵供給装置１の消化ガス貯蔵工程について説明する。発酵槽２には、嫌気条件下での微生物の消化作用による有機物の発酵により、消化ガスが発生する。消化ガスはメタンを主成分とし、二酸化炭素、硫化水素、チオール等の硫黄化合物、その他炭化水素類、等を含有する。発酵槽２内のガス圧力は１〜１０ＫＰａ程度である。
発酵槽２を出た消化ガスは、脱硫塔３において硫黄化合物が除去される。脱硫塔３としては乾式脱硫塔３を用いることができ、内部に酸化鉄、活性炭、ゼオライトなどが充填されている。
脱硫塔３を出たガスは、圧縮機４において所定の圧力まで加圧され、次いで冷却器５において吸着性能を勘案して所定の温度まで冷却される。さらに、吸着性能確保のために除湿器６においてガス中の水分が除去され、最終的に貯蔵容器７に吸着貯蔵される。容器内には吸着材として活性炭が充填されている。
【０００９】
なお、上記工程において貯蔵容器７の貯蔵圧力・容積、冷却器５における冷却温度については、以下により設計することができる。
まず、吸着圧力−吸着量については、一般に圧力の増加に伴い吸着量が増加する関係にある（図５参照）。但し、吸着貯蔵方式と圧縮貯蔵方式とを比較すると、一定圧力（Ｐ０）以上では圧縮貯蔵のほうがより貯蔵量が大きくなる。吸着材やガスの種類にもよるが、吸着材が活性炭でガスが消化ガスの場合、この値は概ね１０〜１００ＭＰａである。従って、予め使用吸着材の（単位体積当たり）吸着量−圧力の関係を知ることにより、要求される吸着貯蔵量に対応する貯蔵圧力を設定することができる。なお、このようにして求めた設定圧力において、圧縮貯蔵方式のほうが貯蔵量が大きくなる場合は、吸着方式を用いる実益がない。
さらに、単位体積当たり吸着量と要求される吸着貯蔵量により、貯蔵容器７容積を求めることができる。
【００１０】
次に、吸着温度−吸着量については、一般に温度が低いほどより吸着量が多くなる関係にある。吸着質（吸着される物質）であるガスの沸点において、吸着量は最大となる。また、吸着材が活性炭の場合には２００℃程度、ゼオライト、アルミナ、シリカゲルの場合には３００℃程度で、吸着量はほぼ０になる。ある温度における吸着温度−吸着量の関係を予め把握しておき、冷却器５を用いてその温度に冷却することにより、設計貯蔵量とすることができる。さらに貯蔵量を増加させたい場合は、温度をさらに低くすればよい。また設計貯蔵量を下回っても問題ない場合には、装置動力をも考慮して冷却温度を高く設定することもできる。
【００１１】
＜オフピーク時ガス供給行程＞
貯蔵容器７に消化ガスが十分充填されており、かつ、消費機器８のガス消費量が大きくない場合（例えば夕方〜朝まで）には、同図太線に示すように容器内の吸着材に吸着されているガスを脱着して、供給ラインＬ６を介して消費機器８に供給することができる。
【００１２】
＜ピーク時ガス供給行程＞
次に図３を参照して、ピーク時（例えば日中の消費機器使用時）におけるガス供給行程について説明する。この場合、同図太線に示すように発酵槽２内で発生した消化ガスは、吸着貯蔵ラインＬ１途中に設けられた直送ラインＬ７→供給ラインＬ６を介して直接、消費機器８へ送られる。
なお、消費機器８のガス消費量が大きく、直送ラインＬ７からのガス供給のみでは不足する場合には、貯蔵容器７に吸着貯蔵されているガスを脱着させて、直送ラインＬ７からのガスに加えて供給することもできる。これにより、さらなる供給量増加が可能となる。
【００１３】
＜貯蔵容器加温行程＞
次に図４を参照して、貯蔵容器加温行程について説明する。本工程は、貯蔵容器７からガスを送出する際又は送出後に、脱着に伴う吸熱作用による温度低下を回避する工程である。
貯蔵容器７内の一部又は全部のガスを、同図太線に示すように容器加温ラインＬ８ａを介して圧縮機４の上流側に戻す。そして、圧縮機４において断熱圧縮により昇温したガスを、容器加温ラインＬ８ｂを介して冷却器５、除湿器６をバイパスして貯蔵容器７に戻す。これにより、圧縮により加温されたガスが、冷却・除湿工程を経ることなく貯蔵容器７に戻されるため、容器内の温度低下を防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００１４】
本発明は、下水処理、畜産廃棄物処理等の消化ガスに限らず、メタンを含む消化ガスを高密度に貯蔵し、安定的に送出するシステムに広く利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る消化ガス貯蔵供給装置１の構成を示す図である。
【図２】消化ガス貯蔵供給装置１の消化ガス貯蔵工程を示す図である。
【図３】消化ガス貯蔵供給装置１のピーク時におけるガス供給行程を示す図である。
【図４】消化ガス貯蔵供給装置１の貯蔵容器加温行程を示す図である。
【図５】吸着貯蔵方式と圧縮貯蔵方式による吸着圧力−吸着量の関係を示す図である。
【図６】従来の消化ガス貯蔵供給１００の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００１６】
１・・・・消化ガス貯蔵供給装置
２・・・・発酵槽
３・・・・脱硫塔
４・・・・圧縮機
５・・・・冷却器
６・・・・除湿器
７・・・・貯蔵容器
Ｌ１〜Ｌ５・・・・吸着貯蔵ライン
Ｌ６・・・供給ライン
Ｌ７・・・直送ライン
Ｌ８ａ・・容器加温ライン
Ｌ８ｂ・・容器加温ライン
【図１】
2009281427.tif 000003
【図２】
2009281427.tif 000004
【図３】
2009281427.tif 000005
【図４】
2009281427.tif 000006
【図５】
2009281427.tif 000007
【図６】
2009281427.tif 000008