JP2011056386A

JP2011056386A - 発酵ガスの昇圧方法

Info

Publication number: JP2011056386A
Application number: JP2009208268A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Karato; 茂樹唐戸; Yoshio Nakayama; 芳夫中山; Koji Hayashi; 幸司林
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2009-09-09
Filing date: 2009-09-09
Publication date: 2011-03-24

Abstract

【課題】従来の嫌気性発酵の発酵ガスを安全で安価な方法で昇圧する事を課題とすることを課題とする。
【解決手段】ガス発酵槽１内で発生する発酵ガスを吸引するブースターファン４と、このブースターファン４の吐出側に一定静圧を加える背圧加圧装置６を備えた発酵ガスの昇圧装置を用いて発酵ガスを昇圧する方法であり、前記ブースターファン４の最大静圧能力を、前記背圧加圧装置６が加える一定静圧よりも小さくすることを特徴とする発酵ガスの昇圧方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、嫌気性発酵槽で発生する発酵ガスの昇圧方法に関する。

従来、下水処理場の消化槽で有機物をメタン発酵させて発生する消化ガスや有機廃棄物を嫌気性発酵して発生する発酵ガスは、脱硫装置でガスに含まれる硫黄分を除去し、水封式のガスホルダーに貯蔵してガスの需要設備にガスを供給している。前記ガスホルダーは、ガスの発生量と需要量の調整のため、及びガスの需要設備に必要なガス圧力を一定にするために設置される。

メタンガスを単に燃焼させるガスボイラー等の場合に要求される供給ガス圧力は３００ｍｍ水柱前後の場合が多く、ガスホルダーの出口圧力が概ね５００ｍｍ水柱になるようにガスホルダーのホルダー重量を設計する。

その場合、ガスホルダーと配管で連通されている発酵槽内の圧力は、自動的に５００ｍｍ水柱程度に保たれることになる。５００ｍｍ水柱の圧力は大きくないが、発酵槽の容積が大きくなると水槽の密閉度が維持できるように水槽を設計する必要がある。

したがって、ガス需要設備への供給ガス圧力が高い場合や発酵槽の容積が大きい場合は、水槽の気密度を維持するために建設コストが増大する。

特許文献１は、消化ガスから電力及び熱エネルギーを得る方法に関する。この方法は、脱硫した消化ガスを低圧ガスホルダーに貯蔵し、このガスを取り出して圧縮してガスタービンに供給し、この際前記ガスホルダーの貯留量に従ってガス圧縮機を制御し、前記消化ガスを燃料として単数又は複数のガスタービンで発電することを特徴とする。

また、特許文献１に記載されているように、ガスのガスタービン発電機等の需要設備がある場合は、需要設備へのメタンガス等の消化ガスの供給圧力を０．５Ｍｐａ程度まで高くする必要がありガス圧縮機を用いてガスを昇圧するのが一般的である。

ガスを圧縮機で昇圧する場合、特許文献１に記載されているように圧縮機の吐出圧を一定に制御することが容易でない。従って、実施例としてガスホルダーを低圧と高圧の２段構成にしたり、あるいは圧縮機でガス圧を必要以上に昇圧した後、減圧弁で減圧する必要がある。

また、従来、嫌気性発酵槽とガスホルダーを一体として水槽上部の気密にゴムシートを用いて建設コストの削減を行う技術が知られている。しかし、この技術では、水槽内部の気密を確保するために水槽内の圧力を高くすることが困難となる。その場合、水槽とガスの需要設備の間に圧縮機を設けガス圧力を高める方法が取られている。

ところで、発酵槽から直接圧縮機で発酵ガスを引き抜く場合に、発酵槽で発生する発酵ガス量よりガス需要設備でのガス消費量が少ない場合は問題ない。しかし、何らかの理由で発酵槽でのガス発生量がガス需要設備でのガス消費量より少なくなると、圧縮機により発酵槽内が負圧になる恐れがある。元々発酵槽内は高い圧力に耐えられないので圧縮機で増圧して発酵槽内の圧力が高くならないように設計している。従って、槽内が負圧になると、外気発酵槽の気密が破れ発酵槽内に空気が逆流する恐れがある。外気が発酵槽内に入ると、残存メタンガスに空気が混入することとなり爆発する恐れがあり大変危険なことになる。

もちろん、発酵槽の機密度を向上させて各種のセンサーを設置しファンの運転インターロックを設けて危険を回避することは可能である。しかし、設備コストが上昇しセンサー等の点検維持管理に労力を要することになり実用的でない。

特開２００３−８３０８５号公報

本発明はこうした事情を考慮してなされたもので、ガス発酵槽の機密性が十分でなくても外部から空気が混入する恐れを回避でき、安全で安価な発酵ガスの昇圧方法を提供することを目的とする。

本発明に係る発酵ガスの昇圧方法は、ガス発酵槽内で発生する発酵ガスを吸引するブースターファンと、このブースターファンの吐出側に一定静圧を加える加圧装置を備えた発酵ガスの昇圧装置を用いて発酵ガスを昇圧する方法であり、前記ブースターファンの最大静圧能力を、前記加圧装置が加える一定静圧よりも小さくすることを特徴とする。

本発明によれば、ガス発酵槽内が負圧になることがないので、ガス発酵槽の機密性が十分でなくても外部から空気が混入する恐れを回避でき、安全で安価な発酵ガスの昇圧方法が得られる。

本発明の一実施例に係る発酵ガスの昇圧方法の概略的な説明図。

次に、本発明の発酵ガスの昇圧方法について更に詳しく説明する。
本発明の発酵ガスの昇圧方法は、上述したように、ブースターファンと加圧装置を備えた発酵ガスの昇圧装置を用いて発酵ガスを昇圧する方法であり、ブースターファンの最大静圧能力を、前記加圧装置が加える一定静圧よりも小さくすることを特徴とする。

本発明において、前記加圧装置としては水封方式が採用され、水槽に収容した水深の水柱圧を静圧としてブースターファンに加えることができる。こうした構成によれば、従来のガスホルダーと比べてコンパクトで安価に製作することができる。

本発明において、前記ブースターファンの吸込み側に圧力調整装置を配置し、ブースターファンの吸込み側の圧力が規定値以下にすることが好ましい。圧力調整装置の配置により、前記発酵ガスの昇圧方法において、発酵ガスの発生量がガスの消費量より多い場合に、ブースターファンの吸込み側の圧力が増加してブースターファンの吐出側の静圧が増大していくのを防ぐことができる。

次に、本発明の実施形態について図１を参照して説明する。但し、本発明は下記に述べることに限定されない。
図中の符番１は、上部の開口部が密閉シート２で密閉されたラグーン方式の嫌気性発酵槽である。この嫌気性発酵槽１にはガス排出管３が設けられ、このガス排出管３を経て発酵ガスがブースターファン４によりガス圧が増圧するようになっている、増圧した発酵ガスは、脱硫装置５，背圧加圧装置６を経由して需要設備７に供給される。背圧加圧装置６は、ブースターファン４の吐出側に背圧をかけるための水封式の気密タンクで構成され、水深の水柱圧を静圧としてブースターファン４に加えることができる。嫌気性発酵槽１とブースターファン４間でかつガス排出管３の出口付近には、圧力調整装置としての水シールポット８が配置されている。この水シールポット８は、嫌気性発酵槽１内のガス圧が異常に上昇した場合に大気にガスを放出し、嫌気性発酵槽１内の圧力を一定値以下に保つ機能を備えている。なお、図１において、符番９は嫌気性発酵槽１の水面、符番１０は発酵ガス貯留空間を示す。

前記背圧加圧装置６の背圧Ｐａとブースターファン４の最大静圧能力Ｐｂとの関係において、最大静圧能力Ｐｂは背圧Ｐａよりも若干小さいとすると、嫌気性発酵槽１内の圧力が（Ｐa−Ｐｂ）以上にならないと、ブースターファン４は空回りしてガスを増圧することができない。即ち、嫌気性発酵槽１の内部圧力は（Ｐａ−Ｐｂ）以下になることは無く、嫌気性発酵槽内部が負圧になり空気を吸い込む恐れがない。また、背圧加圧装置６の背圧Ｐａを大きく設定しても、（Ｐａ−Ｐｂ）が一定になるようにブースターファン４の最大背圧Ｐｂを決めることにより、ガス需要設備７の要求ガス圧が高くなっても嫌気性発酵槽内の圧力を高くする必要はない。

上記実施形態によれば、嫌気性発酵槽１からのガス排出管３にブースターファン４を介し一定静圧を加える背圧加圧装置６を設け、背圧加圧装置６によりブースターファン４の吐出側の静圧より若干低い静圧能力を有するブースターファン４を使用することにより、ブースターファン４の吸込み側すなわち嫌気性発酵槽内の圧力が規定以上ないとブースターファン４は該ガスを後押ししなくなる。即ち、ブースターファン４の吐出側に一定静圧の背圧加圧装置６を設けているため、嫌気性発酵槽内の圧力が規定値以上ないと、ブースターファン４は空回りし嫌気性発酵槽内が負圧になることがありえなくなる。換言すれば、発酵ガスの発生が止まっても嫌気性発酵槽内が負圧になることは無い。

また、前記背圧加圧装置６は水封方式を採用しているので、従来のガスホルダーと比べコンパクトで安価に製作することが可能となる。

更に、嫌気性発酵槽１からの発酵ガスの発生量がガスの消費量より多い場合には、ブースターファン４の吸込み側の圧力が増加しブースターファン４の吐出側の静圧が増大していく場合がある。しかし、上記実施形態では、ブースターファン４の吸込み側に水シールポット８を設けているので、ブースターファン４の吐出圧力が一定圧以上にならないようにすることができる。

なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。具体的には、上記実施形態では、背圧加圧装置として水封式の気密タンクを採用しているが、従来からある水封式のガスホルダーや背圧弁で構成してもよい。但し、背圧弁を用いた場合、ガス流量が大きいと背圧弁が大型で高価になるため実用的でない。また、水シールポットは水封によりガス圧力が規定値以上にならないようにしているが、安全弁や余剰ガス燃焼装置等のガス消費装置で置き換えても良い。

１…嫌気性発酵槽（ガス発酵槽）、２…密閉シート、３…ガス排出管、４…ブースターファン、５…脱硫装置、６…背圧加圧装置（加圧装置）、７…ガス需要設備、８…水シールポット（圧力調整装置）。

Claims

ガス発酵槽内で発生する発酵ガスを吸引するブースターファンと、このブースターファンの吐出側に一定静圧を加える加圧装置を備えた発酵ガスの昇圧装置を用いて発酵ガスを昇圧する方法であり、
前記ブースターファンの最大静圧能力を、前記加圧装置が加える一定静圧よりも小さくすることを特徴とする発酵ガスの昇圧方法。
前記加圧装置を水封方式にしたことを特徴とする請求項１記載の発酵ガスの昇圧方法。
前記ブースターファンの吸込み側に圧力調整装置を配置し、ブースターファンの吸込み側の圧力を規定値以下にすることを特徴とする請求項１又は２記載の発酵ガスの昇圧方法。