JP2001187999A - 吸着式消化ガス貯蔵容器 - Google Patents

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、および貯蔵容器か
らの消化ガス脱着時の温度低下による貯蔵性能の低下を
抑制しうる消化ガス貯蔵装置を提供することを目的とす
る。 【解決手段】消化ガスを常圧以上で貯蔵するための吸着
式貯蔵容器において、(i)貯蔵容器のガス受け入れ口お
よび払い出し口が、同一側面に設けられており、(ii)払
い出し口が、貯蔵容器内に配設された複数個の開口を有
する配管と連絡され、(iii)消化ガス脱着時の貯蔵容器
内でのガス流の少なくとも一部を横方向に変えることに
より、貯蔵容器内の温度低下を抑制する様にしたことを
特徴とする吸着式消化ガス貯蔵容器。

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】従来からも、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２７内
では、上記の理由により、圧力容器２７の上方部分で
は、吸着されやすい二酸化炭素の濃度が高く、下方部分
では、メタンの濃度が高くなる。この状態で、ライン２
１およびバルブ２５を備えたライン２３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３１を備え
たライン２９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二酸化炭素の吸着空
間が広がって、消化ガスの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】また、圧力容器に吸着された消化ガスを脱
着する場合には、脱着熱により圧力容器内の温度が低下
する。そのため、脱着ガス量が減少して、所定の脱着性
能が発揮されないという問題点もある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は、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
高い消化ガス貯蔵装置を提供することを主な目的とす
る。

【０００７】さらに、本発明は、貯蔵容器からの消化ガ
ス脱着時の温度低下による脱着性能の低下を抑制しうる
消化ガス貯蔵装置を提供することをも目的とする。

【０００８】

【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、研究を重ねた結果、消化ガス
貯蔵用圧力容器において、受け入れ口(受け入れノズル)
と払い出し口(払い出しノズル)とを同じ側面に設ける場
合には、ノズルに近い空間部の吸着材に選択的に吸着さ
れていた二酸化炭素が効率よくパージされることを見出
した。

【０００９】また、払い出し口を貯蔵容器内に配設され
た複数個の開口を有する配管と連絡して、消化ガス脱着
時の貯蔵容器内でのガス流の少なくとも一部を横方向に
変えることにより、貯蔵容器からの消化ガス脱着時の温
度低下による貯蔵性能の低下を抑制しうることをも見出
した。

【００１０】すなわち、本発明は、下記の吸着式消化ガ
ス貯蔵容器を提供するものである： １．消化ガスを常圧以上で貯蔵するための吸着式貯蔵容
器において、(i)貯蔵容器のガス受け入れ口および払い
出し口が、同一側面に設けられており、(ii)払い出し口
が、貯蔵容器内に配設された複数個の開口を有する配管
と連絡され、(iii)消化ガス脱着時の貯蔵容器内でのガ
ス流の少なくとも一部を横方向に変えることにより、貯
蔵容器内の温度低下を抑制する様にしたことを特徴とす
る吸着式消化ガス貯蔵容器。 ２．吸着式圧力容器が、円筒形、パイプ形または球形で
ある上記項１に記載の吸着式消化ガス貯蔵容器。 ３．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または２
に記載の吸着式消化ガス貯蔵容器。 ４．消化ガス中の硫化水素および／または水分を除去し
た後のガスを貯蔵する上記項１に記載の吸着式消化ガス
貯蔵容器。 ５．圧力容器が、地中に埋設されている上記項１〜４の
いずれかに記載の吸着式消化ガス貯蔵容器。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明においては、消化ガス中の
硫化水素および水分を予め除去しておくことが好まし
い。

【００１２】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〜1MPa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による吸
着分離方法、膜分離方法、冷却分離方法などの公知によ
り、除去することができる。

【００１４】次いで、必要に応じて硫化水素および水分
を除去された消化ガスを貯蔵装置(圧力容器)内に充填さ
れた吸着材に吸着させ、貯蔵する。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。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
ことを必要とする。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。

【００１５】消化ガス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。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、吸着操作を行い、貯蔵する本発明に
おいては、消化ガス貯蔵装置(圧力容器)の形状は、任意
であり、円筒形(縦置き方式および横置き方式)、パイプ
形(縦置き方式および横置き方式)、角筒形(縦置き方式
および横置き方式)、球形などが例示される。これらの
中では、受けいれ口と払い出し口を設ける側面の面積を
その他の面の面積よりも小さくすることができる円筒形
およびパイプ形がより好ましい。消化ガス貯蔵装置(圧
力容器)は、地中に埋設した状態で、設置することがで
きる。

【００１６】図１に円筒型貯蔵装置の一例を簡略化して
模式的に示す。上述の様に、本発明で使用する消化ガス
貯蔵装置においては、消化ガスの受け入れ口(受け入れ
ノズル)と払い出し口(払い出しノズル)とを同じ側面に
設けることを必須とする。

【００１７】本発明による消化ガス貯蔵装置において
は、消化ガスの受け入れ口は、払い出し口と同じ側面の
どの位置に設けても良い。

【００１８】本発明による消化ガス貯蔵装置において
は、払い出し口が貯蔵装置内に配設された配管と連絡さ
れ、この配管に多数の穴が開けられていることを必須と
する。この払い出し口に連絡された配管は、貯蔵装置の
中心を基準として、中心から外周に至る距離(円筒形の
場合には、半径に相当する)の10％程度以下の中心部に
近い位置に配設しておくことが好ましい。また、配管の
断面積は、貯蔵装置の大きさなどを考慮して定めればよ
いが、所定脱着ガス量を確保できる範囲内で、より小さ
い方が好ましい。また、配管に設ける開口の大きさおよ
び数も、所定脱着ガス量を確保できる範囲内で、適宜選
択することができる。

【００１９】上記の構成を備えた円筒型貯蔵装置を使用
して、消化ガスの吸着操作を行う場合には、ガス払い出
しラインに設けたバルブ(図示せず)を閉じた状態で、必
要に応じて昇圧機などにより予め加圧した消化ガスをガ
ス導入ラインからガス貯蔵装置内に導入する。所定量の
消化ガス吸着操作を終えた時点で、ガス導入ラインに設
けたバルブ(図示せず)を閉じた後、貯蔵装置内を所定圧
力に維持して、消化ガスの貯蔵を行う。

【００２０】脱着操作時には、ガス払い出しラインに設
けたバルブを開き、吸着されているガスを脱着させる。
この際、ガス払い出しラインに設けたバルブの開放によ
り、貯蔵装置内の圧力が低下して、充填された吸着材に
吸着されていた消化ガスが脱着され始める。

【００２１】前述の様に、消化ガスの脱着に際しては、
脱着熱により、ガス貯蔵装置内の温度が低下する。本発
明によるガス貯蔵装置においては、脱着されたガスは、
貯蔵装置中心近傍に配設した配管の多数の穴を経てガス
払い出しラインから貯蔵装置外に取り出されるので、貯
蔵装置内での脱着消化ガスは、装置の壁近傍から中心部
近傍に向って水平乃至横方向に移動する。貯蔵装置の壁
近傍に吸着されていた消化ガスは、装置外部との熱交換
により、常温に近い温度を有しているので、装置中心部
近傍の吸着材は、この比較的高温の消化ガスにより加熱
される。その結果、例えば、図２に示す構造の装置にお
いて生じる垂直方向へのガス払い出しに比して、吸着材
の温度低下による脱着量の減少という問題点が大幅に抑
制される。

【００２２】本発明によれば、装置内での熱移動によ
り、貯蔵装置内の吸着材からの消化ガスの脱着が促進さ
れるので、貯蔵容器の貯蔵能力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。

【００２３】

【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、
貯蔵装置を小型化し、貯蔵施設全体の設備コストを低減
させることができる。

【００２４】また、貯蔵容器の貯蔵能力の低下を効果的
に抑制することにより、定常状態での消化ガス貯蔵性能
を大幅に向上させることができる。

【００２５】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。

【００２６】

【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１〜４ 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、多数の開口を設けた配管
(内径=8mm、開口径=1.5mm、開口間隔=10mm)をガス貯蔵
装置の中心部に配置して、ガスの吸着／脱着を行った場
合のガス貯蔵能力の改善状況を評価した。

【００２７】容積180リットルの円筒型充填容器(図１に
その概要を示す構造の容器であり、ガス導入ライン(管
内径=8mm)は、容器上面の周縁部に近い位置に接続され
ている；ただし、実施例１〜４では、ガス払い出しライ
ン(管内径=8mm)は中心部に位置する上記配管と接続され
ているのに対し、比較例１〜４では、配管は使用しな
い)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℃に維持しつつ、真空ポンプによ
り、3時間にわたり約5torrで減圧脱気した。

【００２８】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から吸着材の体積以外の
実空間容積を算出した。

【００２９】次いで、上記と同様の条件下に試料室を脱
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
算出した後、測定した導入模擬消化ガス量から実空間部
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。

【００３０】定常状態で得られた結果を表１に示す。な
お、参考として、吸着材を充填していない同一空容量の
容器に同一組成の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。

【００３１】

【表１】

【００３２】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、圧縮による消化ガス貯蔵法
に比して、大量の消化ガスを貯蔵することができる。

【００３３】さらに、吸着材を用いる消化ガスの貯蔵方
法において、同一圧力条件下では、模擬消化ガスの払い
出しラインに配管(複数の開口あり)を接続する場合に
は、接続しない場合に比して、ガス貯蔵量がより一層増
大することが明らかである。

【図面の簡単な説明】

【図１】同一側面にガス受け入れ口とガス払い出し口と
を備えた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】上側面にガス受け入れ口を備え、下側面にガス
払い出し口を備えた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】 ２１…ガス導入ライン ２３…ガス導入ライン ２５…バルブ ２７…ガス貯蔵装置 ２９…ガス払い出しライン ３１…バルブ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】消化ガスを常圧以上で貯蔵するための吸着
   式貯蔵容器において、(i)貯蔵容器のガス受け入れ口お
   よび払い出し口が、同一側面に設けられており、(ii)払
   い出し口が、貯蔵容器内に配設された複数個の開口を有
   する配管と連絡され、(iii)消化ガス脱着時の貯蔵容器
   内でのガス流の少なくとも一部を横方向に変えることに
   より、貯蔵容器内の温度低下を抑制する様にしたことを
   特徴とする吸着式消化ガス貯蔵容器。
2. 【請求項２】吸着式圧力容器が、円筒形、パイプ形また
   は球形である請求項１に記載の吸着式消化ガス貯蔵容
   器。
3. 【請求項３】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
   または２に記載の吸着式消化ガス貯蔵容器。
4. 【請求項４】消化ガス中の硫化水素および／または水分
   を除去した後のガスを貯蔵する請求項１に記載の吸着式
   消化ガス貯蔵容器。
5. 【請求項５】圧力容器が、地中に埋設されている請求項
   １〜４のいずれかに記載の吸着式消化ガス貯蔵容器。