JP4784978B2 - 燃料ガスの精製方法並びにバイオガス生成システム及び複合燃料 - Google Patents

Description

本発明は、有機性廃棄物を発酵させて生成するバイオガスや天然ガス等のメタンガスを含む高熱量成分の他に低熱量成分として二酸化炭素及び／又は硫化水素を含む燃料ガスの高カロリー化を意図した精製方法、バイオガス生成システム及び複合燃料に関するものである。

畜産廃棄物や生ゴミ等の有機性廃棄物を発酵槽でメタン発酵させて生成されるバイオガス中には、標準的に高熱量成分としてのメタンガスが５０〜６０体積％、低熱量成分としての二酸化炭素が約４０〜５０体積％と、更に硫化水素が約０．２体積％程度含まれている。

燃料ガスの高カロリー化を図るために二酸化炭素等の低熱量成分を除く精製処理が行われるが、従来の精製処理は、脱炭酸ガス器等の専用器で二酸化炭素を除去し、乾式又は湿式脱硫器等の専用器で硫化水素を除去するものであった（特許文献１）。

そのため、精製処理のために個別の専用器で個別に処理する必要があり、バイオガス生成システム全体の装置構成が複雑化し、また処理効率が低いと共に処理コストが高いという問題があった。

特開２００４−３００２０６号公報

本発明の目的は、燃料ガスの高カロリー化を図るための精製処理を効率的に行え、装置構成も単純化でき、もって低コスト化を図れる燃料ガスの精製方法並びにバイオガス生成システム及び複合燃料を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の第１の態様は、メタンガスを含む高熱量成分の他に低熱量成分として二酸化炭素及び／又は硫化水素を含む燃料ガスを、前記高熱量成分を吸収し前記低熱量成分を吸収しない液体状態の有機溶媒に気液接触させて前記高熱量成分を前記有機溶媒中に吸収させることを特徴とする燃料ガスの精製方法である。

本発明によれば、燃料ガスを液体状態の有機溶媒に気液接触させて前記燃料ガス中の二酸化炭素等の低熱量成分は通過しメタンガス等の高熱量成分を当該有機溶媒中に吸収させるので、燃料ガスの高カロリー化を図るための精製処理を効率的に行え、装置構成も単純化でき、もって燃料ガスの精製処理を低コスト化することができる。

本発明の第２の態様は、前記第１の態様において、前記燃料ガスを前記有機溶媒に加圧下で前記気液接触をさせることを特徴とするものである。
本発明によれば、燃料ガスを前記有機溶媒に加圧下で気液接触させるので、メタンガス等の高熱量成分を多量に吸収させることが可能になる。このように多量の高熱量成分を吸収した有機溶媒をそのまま高圧状態に保持すれば、そのまま貯蔵が可能であり、また減圧すれば吸収されていたメタンガス等の高熱量成分を有機溶媒中から容易に放散させることができ、その高熱量成分だけで構成された高カロリーの燃料ガスを燃料として用いることが可能になる。

本発明の第３の態様は、前記第１の態様において、前記有機溶媒は０．１ＭＰａ以上の高圧に加圧されて液体となるものであることを特徴とするものである。
本発明によれば、常圧の０．１ＭＰａでは気体である有機溶媒でもそれ以上の高圧に加圧すれば液体となるものを利用することが可能であり、それにより使用できる有機溶媒の種類を容易に増やすことができる。具体的にはプロパンやブタンは常圧下では気体であるが加圧して液化することで当該有機溶媒として用いることができる。更に本発明によれば前記気液接触は必然的に高圧状態で行われることになり、以て多量の高熱量成分を有機溶媒に吸収させることが可能になる。

本発明の第４の態様は、前記第１の態様または第２の態様において、前記有機溶媒は、プロパン、ブタン、灯油、軽油、ジメチルエーテル、重油、酸化度２．５以上の食廃油のいずれか１種以上のものであることを特徴とするものである。
本発明は、これらの有機溶媒を用いることにより、上記第１の態様又は第２の態様の作用効果が一層効果的に得られる。更にこれらの有機溶媒を用いることで、当該有機溶媒自体も含めて複合燃料として利用することが可能になる。

本発明の第５の態様は、前記第１の態様〜第４の態様のいずれかにおいて、前記燃料ガスは有機性廃棄物をメタン発酵させて生成するバイオガスであることを特徴とするものである。
バイオガスは二酸化炭素および硫化水素を含んでおり、その精製処理が欠かせないものである。従って本発明の精製処理をバイオガスの精製に適用する効果は顕著である。

本発明の第６の態様は、有機性廃棄物をメタン発酵させてバイオガスを生成する発酵槽と、該発酵槽から前記バイオガスが送られ、該バイオガス中の二酸化炭素と硫化水素は吸収せず、メタンガスを吸収する液体状態の有機溶媒と気液接触させて精製処理を行う精製吸収槽と、該精製吸収槽を通過したガスに対して生物脱硫処理を行う生物脱硫装置と、を備えていることを特徴とするバイオガス生成システムである。
本発明によれば、バイオガスの生成において、発酵槽で生成したバイオガス中から二酸化炭素および硫化水素の低熱量成分除去する精製処理を当該有機溶媒との気液接触によって効果的に行うことができると共に、硫化水素をガス中から除く生物脱硫処理をメタンガスを除いたガスに対して行えるため、その処理条件をメタンガスの存在を考慮することなく選定することが可能となり、一層効果的な処理条件を選定することができる。

本発明の第７の態様は、第１の態様〜第５の態様のいずれかに記載された精製方法を経て前記高熱量成分を有機溶媒中に吸収させて得られる複合燃料である。
本発明によれば、精製処理した燃料ガスを有機溶媒から分離することなく複合したまま燃料として利用することができる。また、有機溶媒から分離すれば、その精製されて高カロリー化された燃料ガスを燃料として利用することができる。

本発明の第８の態様は、メタンガスを含む高熱量成分の他に低熱量成分として二酸化炭素及び／又は硫化水素を含む燃料ガスを、前記高熱量成分を吸収し前記低熱量成分を吸収しない液体状態の有機溶媒に、０．１ＭＰａ以上の高圧に加圧された状態で気液接触させて前記高熱量成分を有機溶媒中に吸収させて得られる複合燃料である。
本発明によれば、精製処理した燃料ガスを有機溶媒から分離することなく複合したまま燃料として利用することができる。また、複合燃料を減圧するだけで燃料ガスを有機溶媒から簡単に分離することができる。そして、その精製されて高カロリー化された燃料ガスを燃料として利用することができる。

本発明によれば、燃料ガスを液体状態の有機溶媒に気液接触させて前記燃料ガス中の二酸化炭素等の低熱量成分は通過しメタンガス等の高熱量成分を当該有機溶媒中に吸収させるので、燃料ガスの高カロリー化を図るための精製処理を効率的に行え、装置構成も単純化でき、もって燃料ガスの精製処理を低コスト化することができる。

更に、燃料ガスを前記有機溶媒に加圧下で気液接触させることにより、メタンガス等の高熱量成分を多量に吸収させることが可能になる。このように多量の高熱量成分を吸収した有機溶媒をそのまま高圧状態に保持すれば、そのまま貯蔵が可能であり、また減圧すれば吸収されていたメタンガス等の高熱量成分を有機溶媒中から容易に放散させることができ、その高熱量成分だけで構成された高カロリーの燃料ガスを燃料として用いることが可能になる。

低熱量成分として二酸化炭素および硫化水素を含有するバイオガス（燃料ガス）に対して本発明の精製処理を行うバイオガス生成システムの一実施形態を図１に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明に係るバイオガス生成システムの一態様を示す概略構成図である。本発明の処理対象となる燃料ガスとしては、メタン発酵によるバイオガスの他に天然ガス等が挙げられ、二酸化炭素及び／又は硫化水素を低熱量成分として含有する燃料ガスが対象となるが、ここでは燃料ガスがバイオガスである場合を説明する。

図１のバイオガス生成システムは、主要な構成要素として、バイオマスすなわち有機性廃棄物が送られて該有機性廃棄物を発酵させてバイオガス１と発酵液２を生成する発酵槽３と、該発酵槽３からバイオガスライン４を介してバイオガス１が送られ、該バイオガス１を液体状態の有機溶媒５に気液接触させて精製処理を行う精製吸収槽６とを備えている。図１において、符号７はコンプレッサーを示し、該コンプレッサアー７によってバイオガス１は精製吸収槽６の有機溶媒５の中に加圧されて送り込まれ、気液接触しつつ有機溶媒５中を上昇する。

前記有機溶媒５は、バイオガス１との気液接触によりメタンガスを含む高熱量成分を吸収し、前記低熱量成分は吸収しない性質のもので、具体的にはプロパン、ブタン、灯油、軽油、ジメチルエーテル、重油、酸化度２．５以上の食廃油が挙げられる。これらの有機溶媒を単独で、或いは適宜組み合わせて用いられる。ここで、プロパンとブタンは常圧（０．１ＭＰａ）では気体であるため、加圧されて液化されて用いられる。

精製吸収槽６には、循環ライン８が設けられ、有機溶媒５を精製吸収槽６の底部から抜き出して、脱水装置９を経て精製吸収槽６の上部に戻すように構成されている。図において符号１０は循環用ポンプを示す。脱水装置９は本実施例では脱水剤としてシリカゲルが充填されている。この脱水装置９を設けることで、精製吸収槽６内に経時的に持ち込まれる水を除去することが可能となり、精製吸収槽６内の水の存在量が増えると該水が二酸化炭素を吸収するので、該精製吸収槽６の二酸化炭素を分離除去する精製能力が低下することになるが、その低下を防止することができる。該脱水装置９は常時作動させず、定期的に作動させることで通常は足りる。

精製吸収槽６の後段にはライン１３を介して生物脱硫装置１１が設けられている。該生物脱硫装置１１により、硫化水素をガス中から除く生物脱硫処理をメタンガスを除いたガスに対して行える。従って、その脱硫処理条件をメタンガスの存在を考慮することなく選定することが可能となり、一層効果的な処理条件を選定することができる。

ここで、生物脱硫装置１１は、ガス中の硫化水素を硫酸にまで酸化して除いて浄化ガスを生成するために設けられる。生物脱硫装置１１内の硫黄酸化細菌が硫化水素を硫酸にまで酸化するのであるが、硫黄酸化細菌を活性化するために水と接触させる必要がある。この水は循環ライン１２を介して塔内の硫黄酸化細菌と循環接触するようになっている。図においてライン１３に空気１４が送り込まれるようになっている。生物脱硫装置１１内を好気性雰囲気にするために該空気１４が導入される。

生物脱硫装置１１を通過した浄化ガス２０は、二酸化炭素を主成分とするものであり、濃縮された二酸化炭素を再利用する次工程に送られるか、或いは大気に放出される。

発酵槽３は、有機性廃棄物が供給部（図示せず）から槽内に供給される。有機性廃棄物は、発酵槽３内にて嫌気性雰囲気下でメタン発酵菌によってメタン発酵され、バイオガス１と発酵液２を生成する。発酵槽３内の温度は５５℃に設定され、高温メタン発酵を行うようになっている。有機性廃棄物の発酵槽３での滞留時間は例えば１５日間（槽容積／投入抜出量＝１５日）に設定される。発酵槽３内の温度は５５℃より低くてもよく、例えば３７℃でもよい。

本発明で使用する有機性廃棄物（バイオマス）としては、例えば、生ごみ、排水処理汚泥、畜産廃棄物や緑農廃棄物などを挙げることができる。ここで、畜産廃棄物としては、家畜の糞尿や、屠体、その加工品が挙げられ、より具体的にはブタ、牛、羊、山羊、ニワトリなどの家畜の糞尿やこれらの屠体、そこから分離された骨、肉、脂肪、内臓、血液、脳、眼球、皮、蹄、角などのほか、例えば肉骨粉、肉粉、骨粉、血粉などに代表される家畜屠体の骨、肉等を破砕した破砕物や、血液などを乾燥した乾燥物も含まれる。その他の廃棄物としては、家庭の生ごみのほか、産業廃棄物生ごみとして農水産業廃棄物、食品加工廃棄物等が含まれる。なお、有機性廃棄物の状態により、必要に応じて前処理として破砕・分別工程を実施することができる。

次に、上記実施例の作用を説明する。
本実施例によれば、バイオガス１を液体状態の有機溶媒５に気液接触させて前記バイオガス１中の二酸化炭素等の低熱量成分は通過しメタンガス等の高熱量成分を当該有機溶媒５中に吸収させるので、バイオガス１の高カロリー化を図るための精製処理を効率的に行える。更に、精製吸収槽６を設けるだけでよいため装置構成も単純化でき、もって燃料ガスの精製処理を低コスト化することができる。

そして、バイオガス１を前記有機溶媒５に加圧下で気液接触させるので、メタンガス等の高熱量成分を多量に吸収させることが可能になる。図２に示したように、精製吸収槽６として貯蔵輸送タンク６ａを用い、必要に応じてバイオガスタンク１ａを介して或いは発酵槽３から直接バイオガスを貯蔵輸送タンク６ａに加圧化で送れば、このように多量の高熱量成分を吸収した有機溶媒をそのまま高圧状態に保持して、そのまま貯蔵することが可能になる。また図３に示したように、貯蔵輸送タンク６ａを圧力調整弁１６により減圧すれば吸収されていたメタンガス等の高熱量成分を有機溶媒中から容易に放散させることができ、その高熱量成分だけで構成された高カロリーの燃料ガスをガスエンジン１７等に送りその燃料ガスとして利用することが可能になる。

また、本実施例によれば、常圧の０．１ＭＰａでは気体である有機溶媒でもそれ以上の高圧に加圧すれば液体となるものを利用することが可能であり、それにより使用できる有機溶媒５の種類を容易に増やすことができる。具体的にはプロパンやブタンは常圧下では気体であるが加圧して液化することで当該有機溶媒５として用いることができる。更に本実施例によれば前記気液接触は必然的に高圧状態で行われることになり、以て多量の高熱量成分を有機溶媒５に吸収させることが可能になる。

また、本実施例によれば、精製処理したバイオガス１を有機溶媒５から分離することなく複合したまま燃料として利用することもできる。また、その複合燃料を減圧するだけでメタンガスを有機溶媒から簡単に分離することができる。そして、その精製されて高カロリー化されたメタンガスを燃料として利用することができる。

実施例１
図４に示したように、精製吸収槽６として有機溶媒５を１リットル充填した圧力容器を用い、除湿したバイオガス１を前記精製吸収槽６内に送り込んで、有機溶媒５と気液接触させて吸収試験を行った。符号１９は温度調整手段を示し、該温度調整手段１９は温度調整用媒体が流れること有機溶媒５の温度を調整する。

この吸収試験は、ほとんど圧力をかけずにバイオガス１を精製吸収槽６内に送った場合と、コンプレッサー７によって５ａｔｍ、９ａｔｍ（ゲージ圧）で送った場合の３ケースで行った。十分にバイオガス１を流通させた後、有機溶媒５を抜き出して減圧して放散するメタンガス量を計量、あるいはガスクロマトグラフ分析によって有機溶媒５中に吸収されたメタン吸収量を評価した。同時に有機溶媒５に吸収された二酸化炭素および硫化水素の量を検知管によって評価した。尚、プロパンは９ａｔｍで、ブタンとＤＭＥ（ジメチルエーテル）は５ａｔｍ、９ａｔｍで試験を行った。
有機溶媒１リットルあたりのメタンガス吸収量の計測値を表１に示した。有機溶媒によるメタンガス吸収量が少なければ実効性が低い。実効性が認められる計測値は１リットル以上である。その視点にたって、本発明に係る有機溶媒のプロパン、ブタン、灯油、軽油、ジメチルエーテル、重油、酸化度２．５以上の食廃油は、実効性のある吸収量であり、且つ低熱量成分をほとんど吸収しないことが確認された。

本発明は、有機性廃棄物を発酵させて生成するバイオガスや天然ガス等のメタンガスを含む高熱量成分の他に低熱量成分として二酸化炭素及び／又は硫化水素を含む燃料ガスの高カロリー化を意図した精製方法、バイオガス生成システム及び複合燃料に利用可能である。

本発明に係るバイオガス生成システムの一態様を示す概略構成図である。 本発明で貯蔵輸送タンクに直接送り込む例を示す概略構成図である。 本発明で貯蔵輸送タンクを減圧して利用する例を示す概略構成図である。 除湿したバイオガスを精製吸収槽内に送り込んで有機溶媒と気液接触させて吸収試験を行った試験装置の概略構成図である。

符号の説明

１ バイオガス
２ 発酵液
３ 発酵槽
４ バイオガスライン
５ 有機溶媒
６ 精製吸収槽
７ コンプレッサー
８ 循環ライン
９ 脱水装置
１１ 生物脱硫装置

Claims (7)

1. メタンガスを含む高熱量成分の他に低熱量成分として二酸化炭素及び／又は硫化水素を含む燃料ガスを、前記高熱量成分を吸収し前記低熱量成分を吸収しない液体状態の有機溶媒であって、プロパン、ブタン、灯油、軽油、ジメチルエーテル、重油、酸化度２．５以上の食廃油のいずれか１種以上を含む有機溶媒に気液接触させて前記高熱量成分を前記有機溶媒中に吸収させることを特徴とする燃料ガスの精製方法。
2. 請求項１において、前記燃料ガスを前記有機溶媒に加圧下で前記気液接触をさせることを特徴とする燃料ガスの精製方法。
3. 請求項１において、前記有機溶媒は０．１ＭＰａ以上の高圧に加圧されて液体となるものであることを特徴とする燃料ガスの精製方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項において、前記燃料ガスは有機性廃棄物をメタン発酵させて生成するバイオガスであることを特徴とする燃料ガスの精製方法。
5. 有機性廃棄物をメタン発酵させてバイオガスを生成する発酵槽と、
   該発酵槽から前記バイオガスが送られ、該バイオガス中の二酸化炭素と硫化水素は吸収せず、メタンガスを吸収する液体状態の有機溶媒と気液接触させて精製処理を行う精製吸収槽と、
   該精製吸収槽を通過したガスに対して生物脱硫処理を行う生物脱硫装置と、
   を備えていることを特徴とするバイオガス生成システム。
6. 請求項１〜４のいずれか１項に記載された精製方法を経て前記高熱量成分を有機溶媒中に吸収させて得られる複合燃料。
7. メタンガスを含む高熱量成分の他に低熱量成分として二酸化炭素及び／又は硫化水素を含む燃料ガスを、前記高熱量成分を吸収し前記低熱量成分を吸収しない液体状態の有機溶媒であって、プロパン、ブタン、灯油、軽油、ジメチルエーテル、重油、酸化度２．５以上の食廃油のいずれか１種以上を含む有機溶媒に、０．１ＭＰａ以上の高圧に加圧された状態で気液接触させて前記高熱量成分を有機溶媒中に吸収させて得られる複合燃料。

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