JP2001187998A

JP2001187998A - 消化ガス吸着貯蔵装置

Info

Publication number: JP2001187998A
Application number: JP37331599A
Authority: JP
Inventors: Kenji Seki; 建司関
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 1999-12-28
Filing date: 1999-12-28
Publication date: 2001-07-10

Abstract

(57)【要約】【課題】消化ガスを加圧下に吸着貯蔵するに際し、繰り
返し使用による貯蔵性能の低下が少なく、定常状態での
貯蔵能力が高い装置を提供することを主な目的とする。【解決手段】圧力容器内に充填した吸着材により、メタ
ンを主成分とする消化ガスを吸着貯蔵する装置におい
て、メタン以外の成分を吸着除去するための第一の容器
とメタンを吸着貯蔵するための第二の容器とを消化ガス
の流動方向に順次設けたことを特徴とする消化ガス吸着
貯蔵装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、下水処理場、ビー
ル製造工場、家畜・家禽類(牛、豚、鶏など)の飼育場で
の廃棄物処理場などにおける生物学的処理に際し発生す
る消化ガスの貯蔵容器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、上述の生物学的処理を大規模
に行う処理施設(以下「大規模処理施設」ということが
ある)では、発生した消化ガスを常圧あるいは加圧下に
圧力容器乃至ガスホルダーに貯蔵しておき、必要に応じ
て脱着を行って、発電用あるいは加熱用の原料として使
用している。

【０００３】しかしながら、メタンと二酸化炭素とを含
む消化ガスを吸着貯蔵する場合には、メタンに比して、
二酸化炭素が吸着されやすくかつ脱着されにくいので、
消化ガスの吸脱着操作を繰り返し行うことにより、圧力
容器内に残存する二酸化炭素量が次第に増大して、消化
ガスの吸着能が低下する(貯蔵量が減少する)という問題
点がある。ただし、吸脱着操作をある回数以上行うと、
定常状態となり、消化ガスの貯蔵量はそれ以降低下しな
くなる。

【０００４】例えば、図２に概略的に示す様に、上部に
受け入れ口(受け入れノズル)を備え、下部に払い出し口
(払い出しノズル)を備えた通常の縦置き圧力容器１７内
では、上記した理由により、圧力容器１７の上方部分で
は、吸着操作の初期段階から、吸着されやすくかつ脱着
されにくい二酸化炭素の吸着濃度が高くなる。この状態
で、ライン１１およびバルブ１５を備えたライン１３を
経て、上部から消化ガスを受け入れる吸着工程と、バル
ブ２１を備えたライン１９を経て下部から消化ガスの脱
着工程とを繰り返し行うと、圧力容器内部全体に占める
二酸化炭素の吸着固定容積比が大きくなって、定常状態
に至るまで、消化ガスの吸着貯蔵性能が低下する。同様
の現象は、一側面に受け入れ口(受け入れノズル)を備
え、対向する側面に払い出し口(払い出しノズル)をそな
えた通常の横置き圧力容器においても、認められる。

【０００５】消化ガスの吸着貯蔵性能が所定値以下に低
下した場合に、圧力容器を加熱することにより、固定的
に吸着された二酸化炭素を強制的に脱着させることも、
技術的には可能である。しかしながら、この様な手法に
よれば、吸着材全体を加熱するために、大型の加熱手段
が必要となるので、大規模処理施設に付設する消化ガス
吸着貯蔵装置においては、全体の設備費と運転費が著し
く高くなる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は、吸
着方式による貯蔵装置を用いて消化ガスを加圧下に貯蔵
するに際し、繰り返し使用による貯蔵性能の低下が少な
く、定常状態での貯蔵能力が高い装置を提供することを
主な目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の様な
技術の現状に留意しつつ、研究を重ねる過程で、(1)二
酸化炭素は、メタンに比して吸着されやすいが脱着され
にくいこと、および(2)消化ガス中の二酸化炭素濃度
は、メタン濃度に比して低いことに着目した。そして、
さらに研究を重ねた結果、消化ガスの貯蔵用圧力容器
を、二酸化炭素用の吸着材を充填するより小型の第一次
吸着容器(本明細書中では、「第一の容器」という場合
がある)とメタン用の吸着材を充填する第二次吸着容器
(本明細書中では、「第二の容器」という場合がある)と
に分割する場合には、第一次吸着容器からの二酸化炭素
脱着操作を行うことにより、第二次吸着容器のメタン貯
蔵性能を常に高く維持しうることを見出した。

【０００８】また、第一次吸着容器における脱着操作を
加熱方式で行う場合には、単一の吸着容器に加熱機構を
設ける場合に比して、加熱機構の小型化が可能となると
ともに、第一次吸着容器の熱伝導効率が改善され、二酸
化炭素の脱着が効果的に進行するので、消化ガス貯蔵装
置全体の製造費および運転費が、さらに低減されること
を見出した。

【０００９】すなわち、本発明は、下記の消化ガス吸着
貯蔵装置を提供するものである。１．圧力容器内に充填した吸着材によりメタンを主成分
とする消化ガスを吸着貯蔵する装置において、メタン以
外の成分を吸着除去するための第一の容器とメタンを吸
着貯蔵するための第二の容器とを消化ガスの流動方向に
順次設けたことを特徴とする消化ガス吸着貯蔵装置。２．第一の容器に吸着材の加熱手段を設けた上記項１に
記載の消化ガス吸着貯蔵装置。３．第一の容器と第二の容器の間に、第一の容器の圧力
を調整するための背圧弁を設けた上記項１または２に記
載の消化ガス吸着貯蔵装置。４．吸着材が、活性炭、ゼオライト、シリカゲルおよび
有機金属錯体の少なくとも1種である上記項１〜３のい
ずれかに記載の方法。５．第一の容器および第二の容器が、それぞれ円筒形、
パイプ形、球形あるいは角筒形である上記項１〜４のい
ずれかに記載の消化ガス吸着貯蔵装置。６．予め硫化水素を除去した消化ガスを貯蔵する上記項
１〜５のいずれかに記載の消化ガス吸着貯蔵装置。７．予め硫化ガスおよび水分を除去した消化ガスを貯蔵
する上記項１〜６のいずれかに記載の消化ガス吸着貯蔵
装置。８．第一の容器および第二の容器が地中に埋設されてい
る上記項１〜７のいずれかに記載の消化ガス吸着貯蔵装
置。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下図面を参照しつつ、本発明を
さらに詳細に説明する。

【００１１】図示はしないが、本発明においては、多く
の場合に消化ガス中に含まれている硫化水素あるいは硫
化水素および水分を公知の手法により、予め除去してお
くことが好ましい。

【００１２】例えば、硫化水素は、吸着材を充填した吸
着塔に消化ガスを通し、吸着脱硫させることにより、除
去することができる。吸着材としては、従来から脱硫剤
として使用されている活性炭、ゼオライト、金属酸化物
(酸化銅、酸化亜鉛など)が例示される。吸着時の温度お
よび圧力は、消化ガス発生状態そのままでも良く、特に
制限されないが、温度は、通常常温〜100℃程度(より好
ましくは、常温〜60℃程度)であり、圧力は、常圧〜1MP
a程度(より好ましくは、常圧〜0.5MPa程度)である。脱
硫操作は、バッチ方式で行っても良く、或いは2塔以上
を使用して、脱硫操作と脱硫剤の再生操作とを交互に行
う連続再生処理方式で行っても良い。脱硫用吸着材の再
生は、吸着塔に加熱水蒸気を吹き込んで、硫化水素を分
離することにより行われる。

【００１３】水分は、ゼオライトなどの吸着材を使用す
る吸着分離方法、膜分離方法、冷却分離方法などの公知
の方法により、除去することができる。

【００１４】次いで、図１に示す様に、必要に応じて、
予め硫化水素あるいは硫化水素と水分とを除去された消
化ガスをガス導入ラインおよびバルブ-1を経て、第一次
吸着容器(第一の容器)内に導入する。この時点では、第
一次吸着容器の下流側に必要に応じて設けられた背圧弁
に付属するバルブ-2は、閉じられている。第一次吸着容
器には、二酸化炭素を吸着する吸着材が充填されてい
る。背圧弁は、所定圧に設定されており、所定圧に達し
た段階で、これに付属するバルブ-2が開いて、この圧力
を保持しながら、後述の第二次吸着容器（第二の容器）
にガスが送給される様になっている。

【００１５】二酸化炭素用吸着材としては、活性炭、ゼ
オライト、シリカゲル、有機金属錯体(フマル酸銅、シ
クロヘキサンジカルボン酸銅、スチルベンジカルボン酸
銅、テレフタル酸銅、ターフェニルジカルボン酸、ビフ
ェニルジカルボン酸銅、トランジカルボン酸銅など)な
どが例示される。これらの吸着材は、単独で使用しても
良く、或いは２種以上を併用することもできる。二酸化
炭素用吸着材として活性炭、ゼオライト或いはシリカゲ
ルを使用する場合には、比表面積はできるだけ大きいこ
とが好ましく、実用的には少なくとも1000m²/g以上であ
ることが好ましい。また、その細孔径は通常4〜20Å程
度であり、より好ましくは8〜15Å程度である。

【００１６】二酸化炭素吸着時の温度および圧力は、特
に制限されないが、温度は、通常常温〜100℃程度(より
好ましくは、常温〜60℃程度)であり、圧力は、常圧以
上(より好ましくは常圧〜3.4MPa程度)である。後述する
第二次吸着容器におけるメタン貯蔵圧力を高める必要が
ある場合には、コンプレッサーにより消化ガスを昇圧し
た後、第一次吸着容器に導入する。

【００１７】第一次吸着容器には、必要ならば、後述す
る二酸化炭素の脱着を促進するために、ヒーターを設け
ることができる。

【００１８】第一次吸着容器内圧力が、背圧弁の設定圧
力に達すると、付属するバルブ-2が開いて、この圧力を
保持しながら、二酸化炭素がほぼ吸着除去された消化ガ
ス(実質的にメタンからなるガス)が第二次吸着容器に導
入される。第二次吸着容器には、メタンを吸着する吸着
材が充填されている。

【００１９】メタン用吸着材としては、活性炭、ゼオラ
イト、シリカゲル、有機金属錯体(フマル酸銅、シクロ
ヘキサンジカルボン酸銅、スチルベンジカルボン酸銅、
テレフタル酸銅、ターフェニルジカルボン酸、ビフェニ
ルジカルボン酸銅、トランジカルボン酸銅など)などが
例示される。これらの吸着材は、単独で使用しても良
く、或いは２種以上を併用することもできる。メタン用
吸着材として活性炭、ゼオライト或いはシリカゲルを使
用する場合には、やはり比表面積はできるだけ大きいこ
とが好ましく、実用的には少なくとも1000m²/g以上であ
ることが好ましい。また、その細孔径は通常4〜15Å程
度であり、より好ましくは6〜12Å程度である。

【００２０】第一次吸着容器と第二次吸着容器で使用す
る吸着材は、同一であっても良く、あるいは異なってい
ても良い。

【００２１】また、第一次吸着容器と第二次吸着容器と
は、地中に埋設した状態で、設置することができる。

【００２２】メタン吸着時の温度および圧力は、特に制
限されないが、温度は、通常常温〜100℃程度(より好ま
しくは、常温〜60℃程度)であり、圧力は、常圧以上(よ
り好ましくは常圧〜3.4MPa程度)である。

【００２３】上記の様に、第一次吸着容器と第二次吸着
容器との間には、必要ならば、バルブ-2を含む背圧弁が
設けられており、第一次吸着容器内の圧力が設定圧力に
達するまでは、バルブ-2は閉じられている。この様にし
て、圧力を制御することにより、第二次吸着容器への二
酸化炭素の流出をほぼ完全に抑制することができる。

【００２４】第二次吸着容器へのメタンガス吸着が終了
した時点で、バルブ-1およびバルブ-2を閉じ、メタンガ
スをそのまま貯蔵する。

【００２５】消化ガスの脱着操作時には、バルブ-3を開
き、必要ならば、第一次吸着容器内に充填した吸着材を
ヒーターにより加熱して、第一次吸着容器に吸着されて
いるガスの脱着を行いつつ、ガス払い出しラインから二
酸化炭素およびメタンガスを系外に放出する。次いで、
バルブ-2を開いて、第二次吸着容器内に充填した吸着材
に吸着されていたメタンを主成分とするガスを脱着さ
せ、バルブ-2、第一次吸着容器およびバルブ-1を経て、
ガス払い出しラインからメタンガスを所定の用途に供す
る。脱着操作に際しては、必要に応じて設けられている
背圧弁による圧力設定により、第一次吸着容器内の圧力
を常圧に維持しつつ、第二次吸着容器内のガスの脱着を
行うことが好ましい。

【００２６】あるいは、第一次吸着容器にヒーターを付
設していない場合には、バルブ-3を開き、第一次吸着容
器に吸着されているガスを脱着させる。この際、バルブ
-3の開放により、第一次吸着容器の開口部に近い空間部
に充填された吸着材に高濃度で吸着されていた二酸化炭
素の一部が脱着される。次いで、バルブ-2を開くと、残
余の二酸化炭素は、その理由は十分に解明されていない
が、吸着材全体に吸着されていたメタンにより脱着され
て、第一次吸着容器外にパージされるものと推測され
る。次いで、第二次吸着容器内に吸着されていたガス
が、バルブ-2、第一次吸着容器およびバルブ-3を経て、
ガス払い出しラインから払い出され、所定の用途に供さ
れる。

【００２７】また、第一次吸着容器を設置することによ
り、メタンと二酸化炭素と以外の不純物の除去を行うこ
とができる。不純物の固定的吸着のために、吸着性能が
低下した場合には、第一次吸着容器内の吸着材のみを入
れ替えることにより、吸着性能の回復を容易に行うこと
ができる。

【００２８】なお、本発明においては、必要に応じて
(例えば、大規模処理施設における生物学的処理に伴っ
て発生する消化ガスの量などに応じて)、第一次吸着容
器および/または第二次吸着容器を複数個設置しても良
い。

【００２９】本発明によれば、二酸化炭素とメタンとを
それぞれ別個の吸着容器内に収容された吸着材に吸着さ
せることにより、二酸化炭素の分離吸着および脱着が容
易に行われるので、消化ガスの吸着/脱着の繰り返し操
作による貯蔵容器の貯蔵能の低下が効果的に抑制され、
定常状態での消化ガス貯蔵性能が大幅に向上する。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、吸着材を充填した貯蔵
装置の消化ガス貯蔵性能を改善することができるので、
貯蔵装置全体を小型化し得るとともに、メタンを主成分
とするガスの貯蔵効率を高めることができる。その結
果、消化ガス貯蔵施設全体の設備コストと運転コストを
大幅に低減させることができる。

【００３１】従って、本発明によれば、大規模処理施設
における生物学的処理に伴って発生する消化ガスをより
一層有効に利用することが可能となる。

【００３２】

【実施例】以下に実施例を示し、本発明の特徴とすると
ころをより一層明確にする。実施例１〜４および比較例１メタン65％と二酸化炭素35％とからなる模擬消化ガスを
使用して、下記の要領により、各種の吸着材の吸着性能
を評価した。

【００３３】まず、容積120ccのバケット型充填容器
（実施例１〜４では、二塔の合計容量が120cc；比較例
１では、一塔の容量が120cc）の試料室に最大可能量の
吸着材を充填し、温度調整器により温度を200℃に保ち
つつ、真空ポンプにより、3時間にわたり約5torrの条件
で減圧脱気した。

【００３４】次いで、試料室を恒温槽の水により一定温
度(298K)に保持し、マスフローメーターで流量を測定し
ながら、ヘリウムガスを試料室に導入し、圧力計で圧力
を測定した。ヘリウムは、吸着材に全く吸着されないの
で、圧力とヘリウムガス導入量とから、吸着材の体積以
外の実空間容積を算出した。

【００３５】次いで、上記と同様の条件で試料室を脱気
した後、一定温度(298K)に保持した状態で、流量を測定
しながら、模擬消化ガスを試料室に導入し、圧力が安定
した時点での圧力を測定した。この圧力と上記で求めた
実空間容積とから、実空間容積部に存在する模擬消化ガ
ス量を算出し、測定した導入模擬消化ガス量から前記実
空間部に存在する算出模擬消化ガス量を減じて、ガス吸
着量を算出した。また、模擬消化ガスの導入量から、試
料室当たりの模擬消化ガス貯蔵量（吸着量＋空隙部の圧
縮ガス量）を算出した。

【００３６】定常状態で得られた結果を表１に示す。払
い出し時の圧力は、大気圧である。なお、参考として、
吸着材を充填しない同一容量の容器に模擬消化ガスを圧
縮貯蔵した場合の貯蔵量を基準とする“貯蔵倍率”を併
せて示す。

【００３７】

【表１】

【００３８】表１に示す結果から明らかな様に、吸着材
を用いる消化ガス貯蔵法は、従来の圧縮貯蔵法に比し
て、有利である。また、いずれの吸着材を用いても、同
じ圧力下では、二塔式貯蔵法によれば、一塔式貯蔵法に
比べて貯蔵量が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による吸着式消化ガス貯蔵用圧力容器の
概要を示す模式図である。

【図２】消化ガスの吸着/脱着を別個の開口により行う
吸着式消化ガス貯蔵用圧力容器の概要を示す模式図であ
る。

【符号の説明】

１１…ガス受け入れライン１３…ガス受け入れライン１５…バルブ１７…貯蔵装置１９…ガス払い出しライン２１…バルブ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧力容器内に充填した吸着材によりメタン
を主成分とする消化ガスを吸着貯蔵する装置において、
メタン以外の成分を吸着除去するための第一の容器とメ
タンを吸着貯蔵するための第二の容器とを消化ガスの流
動方向に順次設けたことを特徴とする消化ガス吸着貯蔵
装置。
【請求項２】第一の容器に吸着材の加熱手段を設けた請
求項１に記載の消化ガス吸着貯蔵装置。
【請求項３】第一の容器と第二の容器の間に、第一の容
器の圧力を調整するための背圧弁を設けた請求項１また
は２に記載の消化ガス吸着貯蔵装置。
【請求項４】吸着材が、活性炭、ゼオライト、シリカゲ
ルおよび有機金属錯体の少なくとも1種である請求項１
〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】第一の容器および第二の容器が、それぞれ
円筒形、パイプ形、球形あるいは角筒形である請求項１
〜４のいずれかに記載の消化ガス吸着貯蔵装置。
【請求項６】予め硫化水素を除去した消化ガスを貯蔵す
る請求項１〜５のいずれかに記載の消化ガス吸着貯蔵装
置。
【請求項７】予め硫化ガスおよび水分を除去した消化ガ
スを貯蔵する請求項１〜６のいずれかに記載の消化ガス
吸着貯蔵装置。
【請求項８】第一の容器および第二の容器が地中に埋設
されている請求項１〜７のいずれかに記載の消化ガス吸
着貯蔵装置。