JP2008138094A

JP2008138094A - 生物脱硫装置及び生物脱硫方法

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Publication number: JP2008138094A
Application number: JP2006326238A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Saito; 政宏斉藤; Toshisuke Yamazaki; 俊祐山崎; Osamu Hamamoto; 修浜本
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 2006-12-01
Filing date: 2006-12-01
Publication date: 2008-06-19

Abstract

【課題】酸素含有ガスなどの空気を被処理ガスに注入後に直ぐに混合拡散させてメタン／酸素比率が安全な範囲を維持し得ることにより安全な処理を実現できる生物脱硫装置及び生物脱硫方法を提供すること。
【解決手段】内部に好気性の硫黄酸化細菌を担持した充填材１０を備え、下部にメタンガスと硫化水素を少なくとも含む被処理ガスを導入する被処理ガス導入管１１を備えた生物脱硫塔１に、前記被処理ガスと酸素含有ガスを導入して生物学的に前記硫化水素を酸化して生物脱硫を行う生物脱硫装置において、前記被処理ガスに含まれる硫化水素濃度が０．５％（体積）以上であり、該硫化水素の酸化に必要な化学量論的必要量以上で且つ化学量論的必要量の３倍以下の前記酸素含有ガスを注入するための注入部を１又は２以上有し、該注入部の下流側近傍に静的混合器を配置してなることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は生物脱硫装置及び生物脱硫方法に関し、詳しくはメタンガスや高濃度の硫化水素等を含有するバイオガスの脱硫に際してメタンガスと空気を安全に均一混合できる生物脱硫装置及び生物脱硫方法に関する。

畜産し尿などの有機性廃棄物のメタン発酵処理で得られるメタンガスは、電気や熱を回収するのに優れた燃料であるが、メタン発酵で発生したバイオガス中には硫化水素濃度が高濃度に含まれる場合があり、燃料等へ利用する場合には脱硫する必要がある。

特許文献１、２、３には、メタン発酵槽から発生したバイオガスを導入し、硫黄酸化細菌による硫化水素の酸化反応（Ｈ_２Ｓ＋２Ｏ_２＝Ｈ_２ＳＯ_４）によって脱硫する生物脱硫方法が開示されている。

特許文献１、２、３のいずれの技術においても、空気量は、硫化水素の酸化反応に必要な理論量以上必要であるが、硫化水素を高濃度に含有する場合には多量の空気を注入する必要があり、空気とバイオガスとが混合する過程において安全性に問題が生じる場合がある。
特開２００６−１４３７７９号公報特開２００６−１４３７８０号公報特開２００６−１４３７８１号公報特開２００３−０７３６８０号公報

特許文献４では、空気の量を制限しているが、空気の量的な制限のみでは安全性は十分に確保できない問題がある。

そこで、本発明の課題は、空気などの酸素含有ガスを被処理ガスに注入後に直ぐに混合拡散させてメタン／酸素比率が安全な範囲を維持し得ることにより安全な処理を実現できる生物脱硫装置及び生物脱硫方法を提供することにある。

また本発明の他の課題は、以下の記載によって明らかとなる。

上記課題は、以下の各発明によって解決される。

（請求項１）
内部に好気性の硫黄酸化細菌を担持した充填材を備え、下部にメタンガスと硫化水素を少なくとも含む被処理ガスを導入する被処理ガス導入配管を備えた生物脱硫塔に、前記被処理ガスと酸素含有ガスを導入して生物学的に前記硫化水素を酸化して生物脱硫を行う生物脱硫装置において、
前記被処理ガスに含まれる硫化水素濃度が０．５％（体積）以上であり、該硫化水素の酸化に必要な化学量論的必要量以上で且つ化学量論的必要量の３倍以下の前記酸素含有ガスを注入するための注入部を１又は２以上有し、該注入部の下流側近傍に静的混合器を配置してなることを特徴とする生物脱硫装置。

（請求項２）
内部に好気性の硫黄酸化細菌を担持した充填材を備え、下部にメタンガスと硫化水素を少なくとも含む被処理ガスを導入する被処理ガス導入配管を備えた生物脱硫塔に、前記被処理ガスと酸素含有ガスを導入して生物学的に前記硫化水素を酸化して生物脱硫を行う生物脱硫方法において、
前記被処理ガスに含まれる硫化水素濃度が０．５％（体積）以上であり、該硫化水素の酸化に必要な化学量論的必要量以上で且つ化学量論的必要量の３倍以下の前記酸素含有ガスを注入するための注入部を１又は２以上有し、該注入部の下流側近傍に静的混合器を配置して注入直後に混合することを特徴とする生物脱硫方法。

本発明によれば、空気などの酸素含有ガスを被処理ガスに注入後に直ぐに混合拡散させてメタン／酸素比率が安全な範囲を維持し得ることにより安全な処理を実現できる生物脱硫装置及び生物脱硫方法を提供できる。

以下、本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明に係る生物脱硫方法を実施するための生物脱硫装置の一例を示す概略断面図である。

同図において、１は好気性の硫黄酸化細菌を担持した充填材１０を備えた生物脱硫塔であり、１１はメタンガスと還元性の硫黄化合物を少なくとも含む被処理ガスの導入配管であり、該導入配管１１内に被処理ガスの流路１１０が形成される。

充填材１０は、硫黄酸化細菌を担持する担体として機能し、例えば磁製又は樹脂製の気液接触用充填材のほか、多孔質軟質樹脂、活性炭、木炭、ゼオライト、セラミックスなどの多孔体粒子などを用いることができる。多孔性の活性炭としては、繊維状、粉末又は粒体のいずれでもよいが、硫黄酸化細菌を担持する上では炭素繊維フェルトが好ましい。木炭としては、湿潤した木炭が酸化速度を速める上で好ましい。また多孔性の素材を用いる場合には、窒素吸着によるＢＥＴ比表面積が１０ｃｍ^２／（見かけの体積ｃｍ^３）以上のものを用いることが好ましい。

生物脱硫塔１に導入される被処理ガスとしては、メタンガスと硫化水素を少なくとも含み、硫化水素以外に、メルカプタン類（例えばメチルメルカプタンなど）または硫化アルキル類（たとえば硫化カルボニルなど）などが含まれることもある。

被処理ガスは、例えば、焼酎製造工程で排出される焼酎粕、でんぷん工場などから排出されるでんぷん廃棄物、生ごみ、その他各種加工プロセス残渣や食品残渣、牛糞尿などの家畜糞尿などからなる有機性化合物からなるバイオマス原料をメタン発酵槽で嫌気発酵されて得られるバイオガスなどが挙げられる。以下、被処理ガスをバイオガスと称する場合がある。

本発明において、硫化水素は、被処理ガス中に０．５％（体積）以上の高濃度で含有されており、かかる高濃度の硫化水素を含む被処理ガスの生物脱硫においては、硫化水素の酸化に際して多量の酸素含有ガスを必要とする。

酸素含有ガスとしては、通常の空気、酸素富化膜などによって酸素濃度を上げた空気などを用いることができる。以下、酸素含有ガスは必要により空気と称する場合がある。

１２は精製されたバイオガスを排出する排出部であり、１３は充填材１０の上部から循環液を供給する供給管であり、１４は循環液の排出管で、１５は循環液タンクであり、１６は循環ポンプである。

生物脱硫塔１内において、導入されたバイオガスと循環液とは向流もしくはともに下降流となる気液接触構造になっている。

バイオガスは、生物脱硫塔１に送られると、硫黄酸化細菌によって硫化水素は硫酸イオンに酸化され、循環液によって洗浄・除去される。

本発明では、被処理ガスの導入配管１１に酸素含有ガスを注入するための注入部を１又は２以上有している。注入部の数は１個であってもよいが、好ましくは２個以上である。

以下、複数の注入部を設ける態様について説明する。

本発明において、流路１１０には、空気導入配管１７が接続されている。空気導入配管１７は分岐管１７０、１７１、１７２により３分割され、各々の分岐管１７０、１７１、１７２は第１の注入部１７３、第２の注入部１７４、第３の注入部１７５に各々接続されている。

第１の注入部１７３、第２の注入部１７４、第３の注入部１７５の下流側近傍には、静的混合器１８１、１８２、１８３が設けられている。

静的混合器としては、邪魔板等のガス分散手段を持つ空洞式および／もしくは気液接触用充填材などを詰めた内部充填式などが挙げられる。

本発明では、複数の注入部から硫化水素濃度に対する酸化に必要な化学量論的必要量以上で且つ化学量論的必要量の３倍以下の前記酸素含有ガスを注入部の数に応じて分割して注入する。

空気の供給は、硫黄酸化細菌による硫化水素の酸化反応（Ｈ_２Ｓ＋２Ｏ_２＝Ｈ_２ＳＯ_４）を行うためであり、酸素含有ガスの化学量論的必要量は上記反応式から算出される。本発明では、かかる化学量論的必要量以上で且つ化学量論的必要量の３倍以下の量まで供給可能である。

図２に基づいて、本発明の原理を説明する。

注入管１７０から注入部１７３を介して、配管１１内の流路１１０内に空気が注入される。

注入直後に静的混合器１８１により、空気と被処理ガスは均一に混合拡散され、酸素濃度分布が狭く、危険ゾーン（斜線部）Ｐに入ることはない。

しかし、図３に示すように、静的混合器１８１を設けなかった場合には、注入管１７０から注入された酸素含有ガスは、図３に示すような酸素濃度分布を示し、かなり長く且つ広い分布を示し、危険ゾーン（斜線部）Ｐに入るようになる。ここで危険ゾーンＰというのは、メタンガス５％以上１５．３％以下（explosion limit）である。

以上、本発明の好ましい実施の形態を説明したが、以下の態様でもよい。即ち、図１では生物脱硫塔１に接続される流路１１０が１本であったが、複数本であってもよい。複数の流路を有する場合挿入方向は限定されない。

また空気注入部近傍の流路１１０内面に帯電防止層を形成することも好ましい。帯電防止層を形成するには、通常の帯電防止剤を混入した塗布剤を塗布したり、浸漬処理することにより形成できる。

以下、実施例により本発明の効果を例証する。

実施例１
配管径（内径）約１００ｍｍφのガス配管にメタン濃度約６０％（体積）、硫化水素濃度約５，５００ｐｐｍの被処理ガス（バイオガス）を約１００Ｌ／分で流通させ、ガス配管に、酸素含有ガスとして空気を注入する注入部を設け、注入部の下流側直下に静的混合器（小型の気液接触用の充填材）を設け、生物脱硫塔に送り脱硫を行った。

化学量論的に必要な空気注入量は、Ｈ_２Ｓ＋２Ｏ_２→Ｈ_２ＳＯ_４の反応から、１００Ｌ／分×５．５×１０^-3×２×１／０．２＝５．５Ｌ／分である。

静的混合器より約１００ｍｍ下流側にガスサンプリングノズルを設けて、バイオガスと空気の混合後のガスを採取し、ガスクロマトグラフによってメタン、空気比を測定した。

図２のように、静的混合器を設置した場合、メタン濃度は２０％以上となり、メタンの対空気発火限界領域から外れていた。

比較例１
実施例１において、静的混合器を用いないで（図３参照）、同様にバイオガスと空気の混合後のガスを採取し、ガスクロマトグラフによってメタン、空気比を測定した。

採取ガスのメタン濃度１２．５％、空気含有量７９％の濃度領域が形成された。これはメタンの対空気発火限界組成５．０〜１５．３％の領域に入っていた。

本発明に係る生物脱硫方法を実施するための生物脱硫装置の一例を示す概略断面図本発明の好ましい形態を示す図従来法を示す図

符号の説明

１：生物脱硫塔
１０：充填材
１１：導入配管
１１０：被処理ガスの流路
１２：排出部
１３：供給管
１４：排出管
１５：循環液タンク
１６：循環ポンプ
１７：空気導入配管
１７０、１７１、１７２：分岐管
１７３：第１の注入部
１７４：第２の注入部
１７５：第３の注入部
１８１、１８２、１８３：静的混合器

Claims

内部に好気性の硫黄酸化細菌を担持した充填材を備え、下部にメタンガスと硫化水素を少なくとも含む被処理ガスを導入する被処理ガス導入配管を備えた生物脱硫塔に、前記被処理ガスと酸素含有ガスを導入して生物学的に前記硫化水素を酸化して生物脱硫を行う生物脱硫装置において、
前記被処理ガスに含まれる硫化水素濃度が０．５％（体積）以上であり、該硫化水素の酸化に必要な化学量論的必要量以上で且つ化学量論的必要量の３倍以下の前記酸素含有ガスを注入するための注入部を１又は２以上有し、該注入部の下流側近傍に静的混合器を配置してなることを特徴とする生物脱硫装置。
内部に好気性の硫黄酸化細菌を担持した充填材を備え、下部にメタンガスと硫化水素を少なくとも含む被処理ガスを導入する被処理ガス導入配管を備えた生物脱硫塔に、前記被処理ガスと酸素含有ガスを導入して生物学的に前記硫化水素を酸化して生物脱硫を行う生物脱硫方法において、
前記被処理ガスに含まれる硫化水素濃度が０．５％（体積）以上であり、該硫化水素の酸化に必要な化学量論的必要量以上で且つ化学量論的必要量の３倍以下の前記酸素含有ガスを注入するための注入部を１又は２以上有し、該注入部の下流側近傍に静的混合器を配置して注入直後に混合することを特徴とする生物脱硫方法。