JP4022555B2

JP4022555B2 - バイオガスの精製方法及びバイオガス精製設備

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Publication number: JP4022555B2
Application number: JP2005214361A
Authority: JP
Inventors: 恭三竹中; 和明村谷; 裕子田中; 秀一木山; 博司宮本; 忠志小山; 勝生松本; 智裕丸山; 志朗豊久
Original assignee: CITY OF KOBE; Kobelco Eco Solutions Co Ltd
Current assignee: CITY OF KOBE; Shinko Pantec Co Ltd
Priority date: 2005-07-25
Filing date: 2005-07-25
Publication date: 2007-12-19
Anticipated expiration: 2025-07-25
Also published as: JP2006095512A

Description

本発明は、下水処理場で発生する下水汚泥などの有機性廃棄物を嫌気性発酵させることでバイオガスを発生させ、このバイオガスを精製して二酸化炭素，硫黄不純物などを除去し、メタンを高濃度化した精製ガスを得るバイオガスの精製方法及びバイオガス精製設備に関するものである。

地球温暖化防止や循環型社会（持続的社会）の構築のため、バイオマス資源の活用が期待されており、生ゴミなどの食品廃棄物，家畜糞尿，有機性廃水，下水処理場で発生する下水汚泥などの有機性廃棄物を嫌気性発酵させることでバイオガスを発生させて、このバイオガスをエネルギーとして利用する技術の開発が進められている。とりわけ、平成１４年１２月にわが国において閣議決定されたバイオマス総合戦略によれば、下水処理場において最初沈殿池及び最終沈殿池で発生する下水汚泥を嫌気性発酵させて生成させるバイオガス（消化ガス）の利用が期待されている。この消化ガス（下水汚泥消化ガス）は、メタン（ＣＨ_４）及び二酸化炭素（ＣＯ_２）を主成分とし（メタン：約６０容量％前後、二酸化炭素：約４０容量％前後）、微量の不純物として硫黄系不純物（Ｈ_２Ｓ等）などを含むガスである。なお、都市部の下水汚泥の消化ガスには、シャンプー由来のシロキサン化合物が含まれていることが知られている。

図３は、従来技術（特許文献１）を説明するための図であって、消化ガスを精製して精製メタンガスを得る消化ガス精製設備（バイオガス精製設備）の構成を示すフロー図である。

図３に示すように、従来の消化ガス精製設備は、図示しない嫌気性発酵槽としての消化タンクと、脱硫塔５１と、ガスホルダー５２と、バイオガス精製装置としての消化ガス精製装置とを備えている。消化ガス精製装置は、コンプレッサー５３、吸収塔５４、放散塔５６、ポンプ５５及び除湿機５７により構成されている。

図３において、下水処理場において消化タンクからの消化ガス（下水汚泥消化ガス）は、脱硫塔５１に供給され、水吸収によりＨ_２Ｓ等が除去される。この脱硫処理が施された消化ガスは、一旦、低圧のガスホルダー５２に貯留され、ここから一部はボイラーに供給されるが、残りの脱硫処理後の消化ガスは、精製して都市ガス用原料とするために吸収塔５４に送られる。吸収塔５４の手前にはコンプレッサー５３が設置されており、ガス逆流防止板で仕切られた複数の充填層を備えた充填塔を用いた吸収塔５４の塔底より吸収塔５４内に、加圧・送入される。一方、吸収水は、吸収塔５４の塔頂から吸収塔５４内に供給される。そして、脱硫処理済の消化ガスは、吸収塔５４内において吸収水と複数の充填層で気液接触を繰返し、二酸化炭素等が吸収除去され、吸収塔５４の塔頂から除湿機５７を経由して、精製メタンガスとなって取り出される。

一方、吸収塔５４の塔底から排出された吸収処理後の吸収水は、放散塔６の塔頂に送られる。この場合、吸収塔５４と放散塔５６の間に圧力差があるために、吸収処理後の吸収水はポンプを用いずとも移送することが可能である。放散塔５６内は大気圧になっているので、吸収処理後の吸収水中に溶解している二酸化炭素等の不要ガス成分は、圧力差によりフラッシュ処理され水中から除去される。フラッシュ処理された吸収水は、放散塔５６の下部にある充填部に降下し、放散塔５６の塔底から供給された、空気やメタンガス等のキャリアガスと気液接触して、さらに多くの溶解ガスが除去される。溶解ガスを含んだキャリアガスは、ボイラーに送られ、キャリアガスが空気の場合は燃焼用空気として、メタンガスの場合は燃料の一部として利用される。そして、放散塔５６の塔底から排出された放散処理後の吸収水は、ポンプ５５で昇圧してから吸収塔５４に戻し吸収水として再利用される。
特開２００４−８３５４２号公報（図１）

しかし前述した従来の消化ガス精製設備では、消化タンクからの消化ガスを一旦大きな低圧ガスホルダー（ガスホルダーの圧力：例えば０．００２ＭＰａＧ）に貯め、そこからバイオガス精製装置に供給するようにしたものであるから、消化ガス（バイオガス）をエネルギー資源としてより多く利用しようとすると、より大きな低圧ガスホルダーを設置することが必要となる。このため、大型の低圧ガスホルダーの設置は、大きな設置スペースを必要とするとともに、イニシャルコスト及びメンテナンスコストが高く、その投資が大きな負担となり、バイオガスの有効利用の促進に対するマイナス要因となっている。

そこで本発明の課題は、食品廃棄物，下水汚泥などの有機性廃棄物を嫌気性発酵させることでバイオガスを発生させ、このバイオガスを精製してメタンを高濃度化した精製ガスを得るに際し、大きな設置スペースを必要とするとともにイニシャルコスト及びメンテナンスコストが高い大型の低圧ガスホルダーを設置しなくてすみ、バイオガス精製設備全体として省スペース化とコストダウンを図ることができるとともに、バイオガス発生量の変動に対して嫌気性発酵槽からのバイオガスの取り出しを安定して行うことができるバイオガスの精製方法及びバイオガス精製設備を提供することにある。

前記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。

請求項１の発明は、有機性廃棄物を嫌気性発酵槽内で嫌気性発酵させることによりバイオガスを発生させ、前記嫌気性発酵槽からのバイオガスをガス圧縮機によって昇圧して吸収塔へ送り込み、前記吸収塔内においてバイオガスと水とを高圧状態で接触させることにより、バイオガスに含まれる二酸化炭素及び硫黄系不純物を高圧水に溶解させて該バイオガスから分離して、メタンを高濃度化した精製ガスを得、その際、前記嫌気性発酵槽のガス圧力を測定し、その測定結果に基づいて前記嫌気性発酵槽のガス圧力が予め定められた略一定の設定値となるように前記ガス圧縮機の回転数を増減制御することを特徴とするバイオガスの精製方法である。

請求項２の発明は、請求項１記載のバイオガスの精製方法において、前記吸収塔内においてバイオガスと水とを、０．５５〜２．０ＭＰａＧの範囲を満たす高圧状態で接触させることにより、前記二酸化炭素及び前記硫黄系不純物を分離除去するとともに、バイオガスが含有するシロキサン化合物を凝縮させて該バイオガスから分離して、メタンを高濃度化した精製ガスを得ることを特徴とするものである。

請求項３の発明は、請求項２記載のバイオガスの精製方法において、前記吸収塔内においてバイオガスと水とを０．７ＭＰａＧ以上１．０ＭＰａＧ未満の範囲を満たす高圧状態で接触させることを特徴とするものである。

請求項４の発明は、有機性廃棄物を嫌気性発酵させることによりバイオガスを発生させる嫌気性発酵槽と、前記嫌気性発酵槽からのバイオガスをガス圧縮機によって昇圧して吸収塔へ送り込み、前記吸収塔内においてバイオガスと水とを高圧状態で接触させることにより、バイオガスに含まれる二酸化炭素及び硫黄系不純物を高圧水に溶解させて該バイオガスから分離して、メタンを高濃度化した精製ガスを得るバイオガス精製装置と、前記嫌気性発酵槽のガス圧力を測定し、その測定結果に基づいて前記嫌気性発酵槽のガス圧力が予め定められた略一定の設定値となるように前記ガス圧縮機の回転数を増減制御する制御手段と、を備えていることを特徴とするバイオガス精製設備である。

請求項５の発明は、請求項４記載のバイオガス精製設備において、前記バイオガス精製装置からの精製ガスを一時的に貯留し、精製ガス消費設備に供給するための精製ガスタンクを備えていることを特徴とするものである。

請求項６の発明は、請求項５記載のバイオガス精製設備において、前記バイオガス精製装置の起動の際に、前記吸収塔内の圧力が予め定められた設定値に到達して前記ガス圧縮機に前記嫌気性発酵槽からのバイオガスを供給するまでの間、前記ガス圧縮機に前記精製ガスタンクからの精製ガスを供給する精製ガス循環ラインを備えていることを特徴とするものである。

請求項７の発明は、請求項４〜６のいずれか１項に記載のバイオガス精製設備において、前記バイオガス精製装置は、前記吸収塔内においてバイオガスと水とを、０．５５〜２．０ＭＰａＧの範囲を満たす高圧状態で接触させることにより、前記二酸化炭素及び前記硫黄系不純物を分離除去するとともに、バイオガスが含有するシロキサン化合物を凝縮させて該バイオガスから分離して、メタンを高濃度化した精製ガスを得るように構成されたものであることを特徴とするものである。

請求項８の発明は、請求項７記載のバイオガス精製設備において、前記バイオガス精製装置は、前記吸収塔内においてバイオガスと水とを０．７ＭＰａＧ以上１．０ＭＰａＧ未満の範囲を満たす高圧状態で接触させるように構成されたものであることを特徴とするものである。

本発明のバイオガスの精製方法又はバイオガス精製設備は、嫌気性発酵槽内でバイオガスを発生させ、この嫌気性発酵槽からのバイオガスを、脱硫塔と大型の低圧ガスホルダーを経由することなく、バイオガス精製装置のガス圧縮機に導いて該ガス圧縮機によって昇圧して吸収塔へ送り込み、吸収塔内においてバイオガスと水とを高圧状態で接触させることにより、二酸化炭素及び硫黄系不純物を高圧水に溶解させてバイオガスから分離して精製ガスを得、その際、嫌気性発酵槽のガス圧力を測定し、その測定結果に基づいて嫌気性発酵槽のガス圧力が予め定められた略一定の設定値となるように前記ガス圧縮機の回転数を増減制御するようにしている。したがって、大きな設置スペースを必要とするとともにイニシャルコスト及びメンテナンスコストが高い大型の低圧ガスホルダーを設置しなくてすみ、バイオガス精製設備全体として省スペース化とコストダウンを図ることができるとともに、バイオガス発生量の変動に対して嫌気性発酵槽からのバイオガスの取り出しを安定して行うことができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は本発明の一実施形態による消化ガス精製設備が適用される消化ガス利用システムの全体構成を示すフロー図、図２は図１における消化ガス精製装置の構成を示すフロー図である。

この実施形態においてはバイオガス精製設備としての消化ガス精製設備は、下水処理場に設けられており、図１に示すように、嫌気性発酵槽としての消化タンク（消化槽）１Ａ〜１Ｃと、バイオガス精製装置としての消化ガス精製装置４Ａ，４Ｂと、中圧（例えば０．８ＭＰａＧ）の精製ガスタンク５Ａ，５Ｂと、後述する制御手段とを備えている。この消化ガス精製設備と精製ガス消費設備とにより消化ガス利用システムが構成されており、精製ガス消費設備は、本実施形態では、余剰ガス燃焼装置２１、温水ボイラー２２Ａ，２２Ｂ、場内用空調設備２３、ガスエンジン（コージェネレーションシステム）２４及びガス充填設備（天然ガススタンド）２５を備えて構成されている。

消化タンク１Ａ〜１Ｃから消化ガス精製装置４Ａに、消化タンクＡ〜Ｃのガス圧力を測定するためのガス圧力計２を有するラインＬ１を経て、三方弁３Ａを有するラインＬ２が連絡するとともに、消化タンク１Ａ〜１Ｃから消化ガス精製装置４Ｂに、前記ラインＬ１を経て、三方弁３Ｂを有するラインＬ３が連絡している。

前記消化ガス精製装置４Ａから精製ガスタンク５Ａに、ラインＬ４及びラインＬ６を経てラインＬ７が連絡し、消化ガス精製装置４Ｂから精製ガスタンク５Ｂに、ラインＬ５及び前記ラインＬ６を経てラインＬ８が連絡している。さらに、精製ガスタンク５Ａから精製ガス供給用のラインＬ１１にラインＬ９が連絡し、精製ガスタンク５Ｂから精製ガス供給用の前記ラインＬ１１にラインＬ１０が連絡している。また、精製ガス供給用のラインＬ１１から分岐して前記三方弁３Ａ，３Ｂの各第２入口βにそれぞれ連絡する精製ガス循環ラインＬ１２が設けられている。

そして、前記精製ガス供給用のラインＬ１１から余剰ガス燃焼装置２１に、余剰精製ガスコントロール弁Ｖ１及び余剰ガス用減圧弁Ｖ２を有するラインＬ１５が連絡し、一方、この余剰ガス燃焼装置２１には、前記ラインＬ１におけるガス圧力計２の下流側から分岐し、余剰消化ガスコントロール弁Ｖ７を有するラインＬ２０が連絡している。余剰ガス燃焼装置２１は、余剰の下水汚泥消化ガス又は余剰の精製ガスを余剰ガス燃焼炉で完全燃焼して大気に放出しうる燃焼ガスとするものである。

また、前記精製ガス供給用のラインＬ１１から温水ボイラー２２Ａ，２２Ｂに温水ボイラー用減圧弁Ｖ３を有するラインＬ１６が連絡し、前記精製ガス供給用のラインＬ１１から場内用空調設備２３に空調用減圧弁Ｖ４を有するラインＬ１７が連絡している。温水ボイラー２２Ａ，２２Ｂは、精製ガスを燃料として温水をつくり、消化タンク１Ａ〜１Ｃの加温のために、温水を加熱媒体として熱交換器１Ａａ〜１Ｃａに供給するものである。

また、前記精製ガス供給用のラインＬ１１からガスエンジン（コージェネレーションシステム）２４にガスエンジン用減圧弁Ｖ５を有するラインＬ１８が連絡し、前記精製ガス供給用のラインＬ１１からガス充填設備（天然ガススタンド）２５に、ガス充填用減圧弁Ｖ６及び混合装置２６を有するラインＬ１９が連絡している。

前記ガスエンジン（コージェネレーションシステム）２４は、精製ガスを燃料とするエンジンの動力によって発電を行うとともに、エンジン本体（ジャケット）の冷却、インタークーラ、及び排ガスからの温水ボイラーによる熱回収によって温水をつくり、この温水を加熱媒体として前記熱交換器１Ａａ〜１Ｃａに供給するものである。また、前記のガス充填設備（天然ガススタンド）２５は、精製ガスに付臭のために混合装置２６によって付臭ガス（例えば都市ガス）を混合し、この臭い付き精製ガスをガス圧縮機で昇圧して蓄ガス器に充填して貯蔵する設備であり、天然ガス自動車に蓄ガス器から臭い付き精製ガス（臭い付き天然ガス）を充填するためのディスペンサーが備えられている。

次に、図２を参照して消化ガス精製装置４Ａについて説明する。なお、他方の消化ガス精製装置４Ｂもこれと同一構成であり、その説明は省略する。

消化ガス精製装置４Ａは、図２に示すように、ミストセパレータ４０１、ガス圧縮機４０２ａ，４０２ｂ、吸収塔（スクラバー）４０４、除湿器４０５、給水槽４０６、水補給用ポンプ４０７、水循環用ポンプ４０８、熱交換器４０９、チラー４１０、減圧タンク（フラッシングタンク）４１１、放散塔（ストリッピングタワー）４１２、及び排気ブロワ４１３を備えている。ガス圧縮機４０２ａ，４０２ｂは、可変電圧可変周波数（ＶＶＶＦ）制御によって回転数制御を行う回転数制御器４０３を有している。

この消化ガス精製装置４Ａにおいて、消化タンク１Ａ〜１ＣからラインＬ１及びラインＬ２を経て導かれた下水汚泥消化ガスは、ミストセパレータ４０１によってガス中のミスト（水分）、ダストが除去され、しかる後、直列接続されたガス圧縮機４０２ａ，４０２ｂによって大気圧より高い所定の圧力まで昇圧される。ガス圧縮機４０２ａ，４０２ｂによって昇圧された下水汚泥消化ガスは、吸収塔４０４の下部に導入される。一方、吸収塔４０４には、その上部から水が水循環用ポンプ４０８によって昇圧された状態で供給されるようになっている。

このように、ガス圧縮機４０２ａ，４０２ｂにより下水汚泥消化ガスを昇圧して吸収塔４０４内へその下部より送り込むとともに、水循環用ポンプ４０８により水を昇圧して吸収塔４０４内へその上部より送り込むことにより、吸収塔４０４内を０．５５〜２．０ＭＰａＧの範囲を満たす高圧状態に保持し、吸収塔４０４内において下水汚泥消化ガスと水とを前記圧力範囲を満たす高圧状態で接触させるようにしている。なお、吸収塔４０４内には、下水汚泥消化ガスと水とを十分に接触させるためにラシヒリング等の充填物が充填されている。

吸収塔４０４内において下水汚泥消化ガスと水とを０．５５〜２．０ＭＰａの範囲を満たす高圧状態で接触させることにより、下水汚泥消化ガス中に気体状態で含まれていた二酸化炭素及び硫黄系不純物（Ｈ_２Ｓ等）は、高圧の水に溶解して吸収される一方、メタンは、高圧の水にほとんど溶解することなく、吸収塔４０４の頂部から取り出される。また同時に、下水汚泥消化ガス中に含まれていたシロキサン化合物は、高圧状態のため気体状態から凝縮して液滴状態となり、この液滴状態にて、吸収塔内部を流下する高圧の水と衝突し、水とともに吸収塔４０４の底部に溜まることになる。

このように、下水汚泥消化ガスを精製するに際し、下水汚泥消化ガスと水とを０．５５〜２．０ＭＰａＧの範囲を満たす高圧状態で接触させることがよい。この範囲より低圧力雰囲気では、二酸化炭素，硫黄系不純物（Ｈ_２Ｓ等），シロキサン化合物が十分に分離除去されず、また、この範囲より高圧力雰囲気にしても二酸化炭素，硫黄系不純物（Ｈ_２Ｓ等），シロキサン化合物の除去率がそれほど向上せず、運転コストや、高圧化仕様による装置コストの増加などの点から好ましくない。なお、シロキサン化合物の除去、運転コスト及び装置コストの点から、下水汚泥消化ガスと水とを０．７ＭＰａＧ以上１．０ＭＰａＧ未満の範囲を満たす高圧状態で接触させることがより好ましい。

さて、前記分離除去された二酸化炭素，硫黄系不純物（Ｈ_２Ｓ等）が溶解するとともに、分離除去されたシロキサン化合物を含む水は、吸収塔４０４の底部から抜き出されて、弁Ｖ１０を介して減圧タンク４１１に導入される。この減圧タンク４１１内の圧力は、吸収塔４０４内に比べて減圧されている。例えば、吸収塔４０４内の圧力が０．９ＭＰａＧのとき、減圧タンク５内の圧力は０．３ＭＰａＧである。そして、メタン回収率を高める目的で、吸収塔４０４の底部からの水にわずかに溶解しているメタンは、ガスとして分離されて減圧タンク４１１の頂部から弁Ｖ１１を介して、ガス圧縮機４０２ａ，４０２ｂの中間段に戻されてガス圧縮機４０２ａからの下水汚泥消化ガスに合流されるようになっている。このメタンが分離回収された後の二酸化炭素，硫黄系不純物（Ｈ_２Ｓ等）が溶解する水は、減圧タンク４１１の底部から弁Ｖ１２を介して放散塔４１２の上部に導入される。

この放散塔４１２においては、減圧タンク４１１から抜き出された水が上部から導入される一方、下部からは排気ブロワ４１３によって放散用ガス（例えば大気）が導入され、大気圧において両者が向流接触する。これにより、減圧タンク４１１から抜き出された水に溶解していた二酸化炭素，硫黄系不純物は、放散用ガス側に移行し、放散用ガスとともに放散塔４１２の頂部から排出され、ラインＬ１４経て脱臭設備へ導かれる。そして、溶解していたガスが除去されて再生された水は、放散塔４１２の底部から抜き出され、水循環用ポンプ４０８にて昇圧され、熱交換器４０９にてチラー４１０からのブラインとの間で熱交換して所定の温度まで冷却された後、吸収塔４０４の上部に供給される。なお、放散塔４１２内には、放散用ガスと水とを十分に接触させるためにラシヒリング等の充填物が充填されている。

また、吸収塔４０４に供給される循環水の品質を維持するために、定期的に弁Ｖ１３を開にすることが望ましい。これによって循環水を一部抜き出し、抜き出された水は、ラインＬ１３を経て排水処理設備へ送られるようになっている。この抜き出しによって循環水量が所定量以下になった場合は、水補給用ポンプ４０７により、弁Ｖ１４を開にして不足分の水を給水槽４０６から補給する。このとき用いられる水としては、水道水、あるいは井水が挙げられ、また、下水等の排水を処理して得られる処理水を利用することも可能であり、この実施形態では、下水処理場の最終沈殿池の下流に設けられている処理水の砂ろ過設備からの砂ろ過水を利用するようにしている。

一方、吸収塔４０４の頂部から取り出された高濃度のメタンを有する精製ガスは、除湿器４０５に送られる。除湿器４０５は、この実施形態では圧力スイング吸着法（ＰＳＡ法）により水分を吸着除去する除湿器であり、合成ゼオライトを吸着剤とするものである。除湿器４０５による除湿の目的は、精製ガスを燃料として使用（利用）するときの圧力においても結露することがないようにするためである。吸収塔４０４から取り出された精製ガスの圧力は、例えば０．９ＭＰａＧであり（吸収塔４０４内の圧力が０．９ＭＰａＧの場合）、この精製ガスに対して、例えば天然ガス自動車の燃料として使用するときの圧力１９．６ＭＰａＧにおいても結露することがないように、大気圧における露点に換算して露点が−６０℃以下、より好ましくは−７０℃以下、特に好ましくは−８０℃以下となるように、除湿器４０５による除湿が施される。このように、燃料として使用するときの圧力においても結露することがないように除湿器４０５によって除湿された精製ガスが、前記ラインＬ４及び前記ラインＬ６を経て精製ガスタンク５Ａ，５Ｂに送られるようになっている。

次に、このように構成される消化ガス精製設備が備えられた消化ガス利用システムにおける運転動作について、図１及び図２を参照して説明する。

まず、起動時について説明すると、制御装置７は、ラインＬ２の三方弁３ＡとラインＬ３の三方弁３Ｂとに、第２入口βと出口γとを連通し第１入口αを閉じる流路切替え信号Ｓ１３を与える。これにより、消化ガス精製装置４Ａ，４Ｂの吸収塔４０４内の圧力が設定値に上昇するまでは、精製ガスタンク５Ａ，５Ｂから精製ガスが精製ガス循環ラインＬ１２を経て消化ガス精製装置４Ａ，４Ｂへ供給される。こうすることで、消化ガス精製装置４Ａ，４Ｂの起動直後にガス圧縮機４０２ａ，４０２ｂの吸い込み側配管内の圧力低下を防止することができる。

そして、消化ガス精製装置４Ａ，４Ｂの吸収塔４０４内の圧力が前記設定値に達すると、制御装置７は、三方弁３Ａ，３Ｂに、第１入口αと出口γとを連通し第２入口βを閉じる流路切替え信号Ｓ１３を与える。これにより、消化ガス精製装置４Ａ，４Ｂに消化タンク１Ａ〜１Ｃからの下水汚泥消化ガスが供給される。なお、消化タンク１Ａ〜１Ｃと消化ガス精製装置４Ａ，４Ｂとの間に、下水汚泥消化ガス供給開始時の配管内の圧力変動を確実に防止するために、極めて小型の低圧ガスホルダー（例えば容量３０ｍ^３程度）を設けるようにしてもよい。

次に、通常運転時について説明すると、制御装置７は、ラインＬ１のガス圧力計２からのガス圧力信号Ｓ１を受けて、消化タンク１Ａ〜１Ｃのガス圧力が予め定められた略一定の設定値となるように、ガス圧縮機４０２ａ，４０２ｂの回転数制御器４０３にその回転数を増減制御する回転数制御信号Ｓ１１を与える。すなわち、消化タンク１Ａ〜１Ｃのガス圧力が前記設定値より高くなると、ガス圧縮機４０２ａ，４０２ｂの回転数を増加させて精製ガスタンク５Ａ，５Ｂへの精製ガスの供給量を増加し、前記設定値より低くなると、ガス圧縮機４０２ａ，４０２ｂの回転数を減少させて精製ガスタンク５Ａ，５Ｂへの精製ガスの供給量を減少させるようにしている。また、この場合、制御装置７は、吸収塔４０４内の圧力測定結果に基づいて吸収塔４０４内の圧力が予め定められた略一定の設定値となるように除湿器４０５出口の図示しない圧力調整弁の開度を調整するようにしている。ここで、前記のガス圧力計２、回転数制御器４０３及び制御装置７は、消化タンク１Ａ〜１Ｃのガス圧力を測定し、その測定結果に基づいて消化タンク１Ａ〜１Ｃのガス圧力が予め定められた略一定の設定値となるように消化ガス精製装置４Ａ，４Ｂのガス圧縮機４０２ａ，４０２ｂの回転数を増減制御する制御手段を構成している。

なお、前記通常運転時の圧縮機回転数制御中に万一、ガス圧力計２によって消化タンク１Ａ〜１Ｃのガス圧が異常上昇したことが検出されたときには、制御装置７は、ガス圧力計２からの前記異常上昇を示すガス圧力信号Ｓ１を受けて、ラインＬ２０の余剰消化ガスコントロール弁Ｖ７を開く。これにより、余剰ガス燃焼装置２１に消化タンク１Ａ〜１Ｃからの下水汚泥消化ガスを供給して燃焼処理することで、消化タンク１Ａ〜１Ｃのガス圧の異常上昇を解消するようにしている。

一方、前記通常運転時の圧縮機回転数制御中に万一、ガス圧力計２によって消化タンク１Ａ〜１Ｃのガス圧が異常低下したことが検出されたときには、制御装置７は、ガス圧力計２からの前記異常低下を示すガス圧力信号Ｓ１を受けて、三方弁３Ａ，３Ｂに、第２入口βと出口γとを連通し第１入口αを閉じる流路切替え信号Ｓ１３を与える。これにより、精製ガスタンク５Ａ，５Ｂからの精製ガスを、精製ガス循環ラインＬ１２を経て消化ガス精製装置４Ａ，４Ｂに供給するようにし、消化ガス精製装置４Ａ，４Ｂへの下水汚泥消化ガスの供給を一時停止することで、消化タンク１Ａ〜１Ｃのガス圧の異常低下を解消するようにしている。この場合、消化ガス精製装置４Ａ，４Ｂは、アンロード状態に類似した運転状況であり、消化タンク１Ａ〜１Ｃのガス圧が回復した時に迅速な運転立ち上げが可能となる。

なお、精製ガスタンク５Ａ，５Ｂからの精製ガスを精製ガス消費設備に供給する精製ガス供給用のラインＬ１１に、ガス圧力計６が設けられている。そして、精製ガスの消費量が低下して精製ガスタンク５Ａ，５Ｂのガス圧が設定値を上回ることが前記ガス圧力計６によって検出された場合、制御装置７により余剰精製ガスコントロール弁Ｖ１を徐々に開くことで、精製ガスを余剰ガス燃焼装置２１にて燃焼させるようになっている。

このように、本実施形態によると、消化タンク１Ａ〜１Ｃからの下水汚泥消化ガスを、脱硫塔と大型の低圧ガスホルダーを経由することなく、消化ガス精製装置４Ａ，４Ｂのガス圧縮機４０２ａ，４０２ｂに導いて該ガス圧縮機４０２ａ，４０２ｂによって昇圧して吸収塔へ送り込み、吸収塔内において下水汚泥消化ガスと水とを高圧状態で接触させることにより、二酸化炭素及び硫黄系不純物を高圧水に溶解させて下水汚泥消化ガスから分離して精製ガスを得、その際、消化タンク１Ａ〜１Ｃのガス圧力を測定し、その測定結果に基づいて消化タンク１Ａ〜１Ｃのガス圧力が予め定められた略一定の設定値となるように前記ガス圧縮機４０２ａ，４０２ｂの回転数を増減制御するようにしている。

したがって、従来とは違って、大きな設置スペースを必要とするとともにイニシャルコスト及びメンテナンスコストが高い大型の低圧ガスホルダーを設置しなくてすみ、消化ガス精製設備全体として省スペース化とコストダウンを図ることで下水汚泥消化ガスの利用拡大に寄与することができるとともに、下水汚泥消化ガス発生量の変動に対して消化タンク１Ａ〜１Ｃからの下水汚泥消化ガスの取り出しを安定して行うことができる。

本発明の一実施形態による消化ガス精製設備が適用される消化ガス利用システムの全体構成を示すフロー図である。図１における消化ガス精製装置の構成を示すフロー図である。従来技術（特許文献１）を説明するための図であって、消化ガスを精製して精製ガスを得る消化ガス精製設備（バイオガス精製設備）の構成を示すフロー図である。

符号の説明

１Ａ〜１Ｃ…消化タンク
２，６…ガス圧力計
３Ａ，３Ｂ…三方弁
４Ａ，４Ｂ…消化ガス精製装置
５Ａ，５Ｂ…精製ガスタンク
７…制御装置
２１…余剰ガス燃焼装置
２２Ａ，２２Ｂ…温水ボイラー
２３…空調設備
２４…ガスエンジン
２５…ガス充填設備
４０１…ミストセパレータ
４０２ａ，４０２ｂ…ガス圧縮機
４０３…回転数制御器
４０４…吸収塔
４０５…除湿器
４０６…給水槽
４０７…水補給用ポンプ
４０８…水循環用ポンプ
４０９…熱交換器
４１０…チラー
４１１…減圧タンク
４１２…放散塔
４１３…排気ブロワ

Claims

有機性廃棄物を嫌気性発酵槽内で嫌気性発酵させることによりバイオガスを発生させ、前記嫌気性発酵槽からのバイオガスをガス圧縮機によって昇圧して吸収塔へ送り込み、前記吸収塔内においてバイオガスと水とを高圧状態で接触させることにより、バイオガスに含まれる二酸化炭素及び硫黄系不純物を高圧水に溶解させて該バイオガスから分離して、メタンを高濃度化した精製ガスを得、その際、前記嫌気性発酵槽のガス圧力を測定し、その測定結果に基づいて前記嫌気性発酵槽のガス圧力が予め定められた略一定の設定値となるように前記ガス圧縮機の回転数を増減制御することを特徴とするバイオガスの精製方法。
前記吸収塔内においてバイオガスと水とを、０．５５〜２．０ＭＰａＧの範囲を満たす高圧状態で接触させることにより、前記二酸化炭素及び前記硫黄系不純物を分離除去するとともに、バイオガスが含有するシロキサン化合物を凝縮させて該バイオガスから分離して、メタンを高濃度化した精製ガスを得ることを特徴とする請求項１記載のバイオガスの精製方法。
前記吸収塔内においてバイオガスと水とを０．７ＭＰａＧ以上１．０ＭＰａＧ未満の範囲を満たす高圧状態で接触させることを特徴とする請求項２記載のバイオガスの精製方法。
有機性廃棄物を嫌気性発酵させることによりバイオガスを発生させる嫌気性発酵槽と、前記嫌気性発酵槽からのバイオガスをガス圧縮機によって昇圧して吸収塔へ送り込み、前記吸収塔内においてバイオガスと水とを高圧状態で接触させることにより、バイオガスに含まれる二酸化炭素及び硫黄系不純物を高圧水に溶解させて該バイオガスから分離して、メタンを高濃度化した精製ガスを得るバイオガス精製装置と、前記嫌気性発酵槽のガス圧力を測定し、その測定結果に基づいて前記嫌気性発酵槽のガス圧力が予め定められた略一定の設定値となるように前記ガス圧縮機の回転数を増減制御する制御手段と、を備えていることを特徴とするバイオガス精製設備。
前記バイオガス精製装置からの精製ガスを一時的に貯留し、精製ガス消費設備に供給するための精製ガスタンクを備えていることを特徴とする請求項４記載のバイオガス精製設備。
前記バイオガス精製装置の起動の際に、前記吸収塔内の圧力が予め定められた設定値に到達して前記ガス圧縮機に前記嫌気性発酵槽からのバイオガスを供給するまでの間、前記ガス圧縮機に前記精製ガスタンクからの精製ガスを供給する精製ガス循環ラインを備えていることを特徴とする請求項５記載のバイオガス精製設備。
前記バイオガス精製装置は、前記吸収塔内においてバイオガスと水とを、０．５５〜２．０ＭＰａＧの範囲を満たす高圧状態で接触させることにより、前記二酸化炭素及び前記硫黄系不純物を分離除去するとともに、バイオガスが含有するシロキサン化合物を凝縮させて該バイオガスから分離して、メタンを高濃度化した精製ガスを得るように構成されたものであることを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載のバイオガス精製設備。
前記バイオガス精製装置は、前記吸収塔内においてバイオガスと水とを０．７ＭＰａＧ以上１．０ＭＰａＧ未満の範囲を満たす高圧状態で接触させるように構成されたものであることを特徴とする請求項７記載のバイオガス精製設備。