JP4934230B1 - 都市ガス製造方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、高カロリー液化ガスの気化用熱源を確保するための専用のヒーター及びヒーター用電源や給湯器を用意することなく、都市ガスが要求する所定熱量を満足させることが可能な都市ガス製造方法及び装置を提供することを目的とする。
【解決手段】ガス冷却器２１で除去した反応熱により加熱された熱媒体としての温水を高カロリー液化ガス気化手段としての熱媒体流路に供給し、この温水でＬＰＧタンク３０内のＬＰＧを加温し、気化させる高カロリー液化ガス気化工程と、水分除去手段としての除湿器２２で水分が除去された精製ガスに、前記高カロリー液化ガス気化工程で気化したＬＰＧを加えて、前記水分が除去された精製ガスの熱量を所定熱量となるように増加させる熱量増加工程と、を有したことを特徴とする。
【選択図】図１
Description
本発明は、バイオガスから都市ガスを製造する都市ガス製造方法及び装置に関する。ここで「バイオガス」とは、バイオマス（動植物に由来する有機物であってエネルギー源として利用することができるものであり、原油、天然ガス、可燃性天然ガス及び石炭並びにこれらから製造される製品を除くもの）から発生するまたは由来する可燃性ガスを言う。
下水汚泥や生ごみといった有機性廃棄物や食品工場排水などの有機性排水等のバイオマスをメタン発酵させることにより得られるバイオガスが、新しいエネルギーとして注目されている。このメタン発酵処理され、発生したバイオガスは通常「消化ガス」と呼ばれ、この消化ガス中の成分は、メタンが約６０容量％及び二酸化炭素が約４０容量％である。さらに、微量の不純物として、通常１００〜３０００ｐｐｍの硫化水素（以下、「Ｈ２Ｓ」という）等の硫黄系不純物や約０．３容量％の酸素も含まれている。
また、近年、消化ガスを精製し、都市ガスとして供給されることが待ち望まれている。しかし、この消化ガスを精製し、都市ガスとして利用するためには、上記Ｈ２Ｓ等の硫黄系不純物、二酸化炭素や酸素等（以下、「不純物成分」と言う）を都市ガスが要求する所定基準値以下の濃度まで低減させなければならない。この要求を満足させるための優れた技術の一つとして、例えば、特許文献１に記載されたような技術が提案されている。
この特許文献１に開示された技術は、吸収塔内でバイオガスと水とを高圧状態で接触させることにより、バイオガス中から硫黄系不純物と二酸化炭素を分離し、高濃度なメタンガスを精製するバイオガス精製工程と、このバイオガス精製工程で得られた精製ガスに水素を添加する水素添加工程と、この水素添加工程で水素が添加された精製ガスを触媒が充填された酸素除去触媒塔へ供給し、前記水素が添加された精製ガス中に残存する酸素を触媒反応により水に変換する工程と、を備えた構成である。さらに、上記特許文献１には、触媒反応により水に変換する工程で発生した反応熱を精製ガスから除去する反応熱除去工程と、この反応熱除去工程で反応熱が除去された精製ガスから水分を除去する水分除去工程が開示されている。
上記特許文献１に開示された技術によれば、水分除去工程で水分が除去された精製ガスは、すでに都市ガスが要求する所定成分の組成と濃度に近づいているが、熱量が低く（例えば、３９ＭＪ／ｍ３Ｎ）、まだ都市ガスが要求する所定熱量（例えば、４５ＭＪ／ｍ３Ｎ）を満足するには至っていない。したがって、高カロリーな液化ガスであるＬＰＧ（例えば、９９．２ＭＪ／ｍ３Ｎ程度）を気化させ、添加して、前記所定熱量となるように調整する必要がある。この熱量調整のためには、まずＬＰＧをベーパーライザーに供給し、ベーパーライザー用熱源で加温しながらＬＰＧを気化させなければならない。このベーパーライザー用熱源としては、通常、電熱や給湯器により加熱された温水が用いられるため、専用のヒーター及びヒーター用電源や給湯器を必ず用意しなければならないという問題点があった。
本発明の目的は、高カロリーな液化ガスの気化用熱源を確保するための専用のヒーター及びヒーター用電源や給湯器を用意することなく、都市ガスが要求する所定熱量を満足させることが可能な都市ガス製造方法及び装置を提供することにある。
この目的を達成するために、本発明の請求項１に記載の発明は、
バイオガス中から少なくとも硫黄系不純物を分離し、高濃度なメタンガスを精製するバイオガス精製工程と、このバイオガス精製工程で得られた精製ガスを都市ガスが要求する所定成分の組成と濃度に調整する成分調整工程と、この成分調整工程で得られた精製ガスの熱量を都市ガスが要求する所定熱量に調整する熱量調整工程と、を備え、
前記成分調整工程は、
前記バイオガス精製工程で得られた精製ガスに水素を添加する水素添加工程と、
この水素添加工程で水素が添加された精製ガスを触媒が充填された酸素除去触媒塔へ供給し、前記水素が添加された精製ガス中に残存する酸素を触媒反応により水に変換する工程と、
この触媒反応により水に変換する工程で発生した反応熱を精製ガスから除去する反応熱除去工程と、
この反応熱除去工程で反応熱が除去された精製ガスから水分を除去する水分除去工程と、を有し、
前記熱量調整工程は、
前記反応熱除去工程で除去した反応熱により加熱された熱媒体で、前記水分除去工程で水分が除去された精製ガスより高カロリーな液化ガス（以下、「高カロリー液化ガス」と称す）を加温し、気化させる高カロリー液化ガス気化工程と、
前記水分除去工程で水分が除去された精製ガスに、前記高カロリー液化ガス気化工程で気化した高カロリー液化ガスを加えて、前記水分が除去された精製ガスの熱量を前記所定熱量となるように増加させる熱量増加工程と、を有したことを特徴とする都市ガス製造方法である。
バイオガス中から少なくとも硫黄系不純物を分離し、高濃度なメタンガスを精製するバイオガス精製工程と、このバイオガス精製工程で得られた精製ガスを都市ガスが要求する所定成分の組成と濃度に調整する成分調整工程と、この成分調整工程で得られた精製ガスの熱量を都市ガスが要求する所定熱量に調整する熱量調整工程と、を備え、
前記成分調整工程は、
前記バイオガス精製工程で得られた精製ガスに水素を添加する水素添加工程と、
この水素添加工程で水素が添加された精製ガスを触媒が充填された酸素除去触媒塔へ供給し、前記水素が添加された精製ガス中に残存する酸素を触媒反応により水に変換する工程と、
この触媒反応により水に変換する工程で発生した反応熱を精製ガスから除去する反応熱除去工程と、
この反応熱除去工程で反応熱が除去された精製ガスから水分を除去する水分除去工程と、を有し、
前記熱量調整工程は、
前記反応熱除去工程で除去した反応熱により加熱された熱媒体で、前記水分除去工程で水分が除去された精製ガスより高カロリーな液化ガス（以下、「高カロリー液化ガス」と称す）を加温し、気化させる高カロリー液化ガス気化工程と、
前記水分除去工程で水分が除去された精製ガスに、前記高カロリー液化ガス気化工程で気化した高カロリー液化ガスを加えて、前記水分が除去された精製ガスの熱量を前記所定熱量となるように増加させる熱量増加工程と、を有したことを特徴とする都市ガス製造方法である。
また、本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、
前記水素は、水を電気分解して得たものであることを特徴とする。
前記水素は、水を電気分解して得たものであることを特徴とする。
また、本発明の請求項３に記載の発明は、
バイオガス中から少なくとも硫黄系不純物を分離し、高濃度なメタンガスを精製するためのバイオガス精製装置と、
このバイオガス精製装置で得られた精製ガスを都市ガスが要求する所定成分の組成と濃度に調整するための成分調整手段と、
この成分調整手段で得られた精製ガスの熱量を都市ガスが要求する所定熱量に調整するための熱量調整手段と、を備え、
前記成分調整手段は、
前記バイオガス精製装置で得られた精製ガスに水素を添加するための水素供給手段と、
この水素供給手段により水素が添加された精製ガスを受入れ、前記水素が添加された精製ガス中に残存する酸素を触媒反応により水に変換するための触媒が充填された酸素除去触媒塔と、
この酸素除去触媒塔で触媒反応により発生した反応熱を精製ガスから除去するためのガス冷却器と、
このガス冷却器で反応熱が除去された精製ガスから水分を除去するための水分除去手段と、を有し、
前記熱量調整手段は、
前記ガス冷却器で除去した反応熱により加熱された熱媒体で、前記水分除去手段で水分が除去された精製ガスより高カロリーな液化ガス（以下、「高カロリー液化ガス」と称す）を加温し、気化させるための高カロリー液化ガス気化手段と、
前記水分除去手段で水分が除去された精製ガスに、前記高カロリー液化ガス気化手段で気化した高カロリー液化ガスを加えて、前記水分が除去された精製ガスの熱量を前記所定熱量となるように増加させるための熱量増加手段と、を有したことを特徴とする都市ガス製造装置である。
バイオガス中から少なくとも硫黄系不純物を分離し、高濃度なメタンガスを精製するためのバイオガス精製装置と、
このバイオガス精製装置で得られた精製ガスを都市ガスが要求する所定成分の組成と濃度に調整するための成分調整手段と、
この成分調整手段で得られた精製ガスの熱量を都市ガスが要求する所定熱量に調整するための熱量調整手段と、を備え、
前記成分調整手段は、
前記バイオガス精製装置で得られた精製ガスに水素を添加するための水素供給手段と、
この水素供給手段により水素が添加された精製ガスを受入れ、前記水素が添加された精製ガス中に残存する酸素を触媒反応により水に変換するための触媒が充填された酸素除去触媒塔と、
この酸素除去触媒塔で触媒反応により発生した反応熱を精製ガスから除去するためのガス冷却器と、
このガス冷却器で反応熱が除去された精製ガスから水分を除去するための水分除去手段と、を有し、
前記熱量調整手段は、
前記ガス冷却器で除去した反応熱により加熱された熱媒体で、前記水分除去手段で水分が除去された精製ガスより高カロリーな液化ガス（以下、「高カロリー液化ガス」と称す）を加温し、気化させるための高カロリー液化ガス気化手段と、
前記水分除去手段で水分が除去された精製ガスに、前記高カロリー液化ガス気化手段で気化した高カロリー液化ガスを加えて、前記水分が除去された精製ガスの熱量を前記所定熱量となるように増加させるための熱量増加手段と、を有したことを特徴とする都市ガス製造装置である。
また、本発明の請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、
前記水素供給手段は、水電解装置であることを特徴とする。
前記水素供給手段は、水電解装置であることを特徴とする。
以上のように、本発明に係る都市ガス製造方法によれば、
バイオガス中から少なくとも硫黄系不純物を分離し、高濃度なメタンガスを精製するバイオガス精製工程と、このバイオガス精製工程で得られた精製ガスを都市ガスが要求する所定成分の組成と濃度に調整する成分調整工程と、この成分調整工程で得られた精製ガスの熱量を都市ガスが要求する所定熱量に調整する熱量調整工程と、を備え、
前記成分調整工程は、
前記バイオガス精製工程で得られた精製ガスに水素を添加する水素添加工程と、
この水素添加工程で水素が添加された精製ガスを触媒が充填された酸素除去触媒塔へ供給し、前記水素が添加された精製ガス中に残存する酸素を触媒反応により水に変換する工程と、
この触媒反応により水に変換する工程で発生した反応熱を精製ガスから除去する反応熱除去工程と、
この反応熱除去工程で反応熱が除去された精製ガスから水分を除去する水分除去工程と、を有し、
前記熱量調整工程は、
前記反応熱除去工程で除去した反応熱により加熱された熱媒体で、前記水分除去工程で水分が除去された精製ガスより高カロリーな液化ガス（以下、「高カロリー液化ガス」と称す）を加温し、気化させる高カロリー液化ガス気化工程と、
前記水分除去工程で水分が除去された精製ガスに、前記高カロリー液化ガス気化工程で気化した高カロリー液化ガスを加えて、前記水分が除去された精製ガスの熱量を前記所定熱量となるように増加させる熱量増加工程と、を有しているため、高カロリー液化ガスの気化用熱源を確保するための専用のヒーター及びヒーター用電源や給湯器を用意することなく、都市ガスが要求する所定熱量を満足させることが可能な都市ガス製造方法を実現できる。
バイオガス中から少なくとも硫黄系不純物を分離し、高濃度なメタンガスを精製するバイオガス精製工程と、このバイオガス精製工程で得られた精製ガスを都市ガスが要求する所定成分の組成と濃度に調整する成分調整工程と、この成分調整工程で得られた精製ガスの熱量を都市ガスが要求する所定熱量に調整する熱量調整工程と、を備え、
前記成分調整工程は、
前記バイオガス精製工程で得られた精製ガスに水素を添加する水素添加工程と、
この水素添加工程で水素が添加された精製ガスを触媒が充填された酸素除去触媒塔へ供給し、前記水素が添加された精製ガス中に残存する酸素を触媒反応により水に変換する工程と、
この触媒反応により水に変換する工程で発生した反応熱を精製ガスから除去する反応熱除去工程と、
この反応熱除去工程で反応熱が除去された精製ガスから水分を除去する水分除去工程と、を有し、
前記熱量調整工程は、
前記反応熱除去工程で除去した反応熱により加熱された熱媒体で、前記水分除去工程で水分が除去された精製ガスより高カロリーな液化ガス（以下、「高カロリー液化ガス」と称す）を加温し、気化させる高カロリー液化ガス気化工程と、
前記水分除去工程で水分が除去された精製ガスに、前記高カロリー液化ガス気化工程で気化した高カロリー液化ガスを加えて、前記水分が除去された精製ガスの熱量を前記所定熱量となるように増加させる熱量増加工程と、を有しているため、高カロリー液化ガスの気化用熱源を確保するための専用のヒーター及びヒーター用電源や給湯器を用意することなく、都市ガスが要求する所定熱量を満足させることが可能な都市ガス製造方法を実現できる。
また、本発明に係る都市ガス製造装置によれば、
バイオガス中から少なくとも硫黄系不純物を分離し、高濃度なメタンガスを精製するためのバイオガス精製装置と、
このバイオガス精製装置で得られた精製ガスを都市ガスが要求する所定成分の組成と濃度に調整するための成分調整手段と、
この成分調整手段で得られた精製ガスの熱量を都市ガスが要求する所定熱量に調整するための熱量調整手段と、を備え、
前記成分調整手段は、
前記バイオガス精製装置で得られた精製ガスに水素を添加するための水素供給手段と、
この水素供給手段により水素が添加された精製ガスを受入れ、前記水素が添加された精製ガス中に残存する酸素を触媒反応により水に変換するための触媒が充填された酸素除去触媒塔と、
この酸素除去触媒塔で触媒反応により発生した反応熱を精製ガスから除去するためのガス冷却器と、
このガス冷却器で反応熱が除去された精製ガスから水分を除去するための水分除去手段と、を有し、
前記熱量調整手段は、
前記ガス冷却器で除去した反応熱により加熱された熱媒体で、前記水分除去手段で水分が除去された精製ガスより高カロリーな液化ガス（以下、「高カロリー液化ガス」と称す）を加温し、気化させるための高カロリー液化ガス気化手段と、
前記水分除去手段で水分が除去された精製ガスに、前記高カロリー液化ガス気化手段で気化した高カロリー液化ガスを加えて、前記水分が除去された精製ガスの熱量を前記所定熱量となるように増加させるための
熱量増加手段と、を有しているため、高カロリー液化ガスの気化用熱源を確保するための専用のヒーター及びヒーター用電源や給湯器を用意することなく、都市ガスが要求する所定熱量を満足させることが可能な都市ガス製造装置を実現できる。
バイオガス中から少なくとも硫黄系不純物を分離し、高濃度なメタンガスを精製するためのバイオガス精製装置と、
このバイオガス精製装置で得られた精製ガスを都市ガスが要求する所定成分の組成と濃度に調整するための成分調整手段と、
この成分調整手段で得られた精製ガスの熱量を都市ガスが要求する所定熱量に調整するための熱量調整手段と、を備え、
前記成分調整手段は、
前記バイオガス精製装置で得られた精製ガスに水素を添加するための水素供給手段と、
この水素供給手段により水素が添加された精製ガスを受入れ、前記水素が添加された精製ガス中に残存する酸素を触媒反応により水に変換するための触媒が充填された酸素除去触媒塔と、
この酸素除去触媒塔で触媒反応により発生した反応熱を精製ガスから除去するためのガス冷却器と、
このガス冷却器で反応熱が除去された精製ガスから水分を除去するための水分除去手段と、を有し、
前記熱量調整手段は、
前記ガス冷却器で除去した反応熱により加熱された熱媒体で、前記水分除去手段で水分が除去された精製ガスより高カロリーな液化ガス（以下、「高カロリー液化ガス」と称す）を加温し、気化させるための高カロリー液化ガス気化手段と、
前記水分除去手段で水分が除去された精製ガスに、前記高カロリー液化ガス気化手段で気化した高カロリー液化ガスを加えて、前記水分が除去された精製ガスの熱量を前記所定熱量となるように増加させるための
熱量増加手段と、を有しているため、高カロリー液化ガスの気化用熱源を確保するための専用のヒーター及びヒーター用電源や給湯器を用意することなく、都市ガスが要求する所定熱量を満足させることが可能な都市ガス製造装置を実現できる。
以下、本発明の一実施の形態について、添付図面を参照しながら説明する。図１は本発明に係る都市ガス製造方法の一実施の形態を説明するための都市ガス製造装置構成の模式説明図である。
図１において、１は下水汚泥や生ごみといった有機性廃棄物や食品工場排水などの有機性排水等のバイオマスをメタン発酵させるための消化タンク、２は消化タンク１から発生した消化ガス中から少なくとも硫黄系不純物を分離し、高濃度なメタンガスを精製するためのバイオガス精製装置、３はバイオガス精製装置２で精製された精製ガスが供給され約０．６〜１．０ＭＰａＧの範囲の圧力で貯蔵するための中圧ガスホルダー、４は中圧ガスホルダー３内の精製ガスの圧力を計測するための圧力計である。
また、図１において、１０は精製ガスを都市ガスが要求する所定基準値未満の二酸化炭素濃度（例えば、０．５容量％）まで低減させるための二酸化炭素除去器、１１は二酸化炭素除去器１０で所定値まで二酸化炭素濃度が低減された精製ガスの流量を計測するための流量計、１２は流量計１１で流量が計測された精製ガスの酸素濃度を測定するためのガスクロマトグラフ（型式：ＧＣ−２０Ｂ−３Ｓ、株式会社島津製作所製）、１３は水素供給手段としての水電解式高純度水素酸素発生装置｛株式会社神鋼環境ソリューション製の水電解式高純度水素酸素発生装置（商品名：ＨＨＯＧ）｝、１４は水電解式高純度水素酸素発生装置１３から供給される水素（Ｈ２）の流量を計測するための流量計、１５は流量制御装置、１６は流量調整弁である。ここで、水素量調整手段は、流量制御装置１５と流量調整弁１６から構成される。水素供給手段は、上記水電解式高純度水素酸素発生装置１３に限定されるものではなく、通常の水電解装置を用いることも可能である。
また、図１において、２０はパラジウム（Ｐｄ）が充填された酸素除去触媒塔、２１は酸素除去触媒塔２０で酸素が除去された精製ガス中の反応熱を除去するためのガス冷却器、２２はガス冷却器２１で冷却された精製ガス中の水分を除去するための水分除去手段としての除湿器、２３は除湿器２２で水分が除去された精製ガスに付臭剤（例えば、ＴＢＭ＋ＤＭＳ）を用いて都市ガスとしての付臭を行なうための付臭装置、２４は付臭装置２３で付臭された精製ガスの流量を計測するための流量計、２５は流量計２４で流量が計測された精製ガスの流量を調整するための流量調整弁、２６は遮断弁、２７は減圧弁、２８は都市ガス導管である。また、前記ガス冷却器２１に用いる水としては、下水や排水を処理した処理水を用いることが好ましい。
また、水電解式高純度水素酸素発生装置１３と酸素除去触媒塔２０とガス冷却器２１と除湿器２２とからバイオガス精製装置２で得られた精製ガスを都市ガスが要求する所定成分の組成と濃度に調整するための成分調整手段が構成されている。
尚、ガス冷却器２１には、ガス冷却器２１で生成された凝縮水を排出するためのドレントラップ（図示せず）が付設されていてもよい。
また、図１において、３０は高カロリー液化ガスとしてのＬＰＧが貯蔵されるＬＰＧタンク、３１はＬＰＧタンク３０から取り出された気化したＬＰＧの流量を計測するための流量計、３２は流量制御装置、３３は流量調整弁である。また、前記ＬＰＧタンク３０の周囲には、高カロリー液化ガス気化手段としての熱媒体流路（図示せず）が配設されている。さらに、上記ガス冷却器２１で除去した反応熱により加熱された熱媒体（例えば、温水）が前記熱媒体流路に供給され、この温水でＬＰＧタンク３０に貯蔵されたＬＰＧが加温され、ＬＰＧが気化するように構成されている。また、流量計３１と流量制御装置３２と流量調整弁３３とから熱量増加手段が構成されている。また、上記熱媒体流路と前記熱量増加手段とから上記成分調整手段で得られた精製ガスの熱量を都市ガスが要求する所定熱量に調整するための熱量調整手段が構成されている。
また、図１において、４０は都市ガス導管へ供給する精製ガスの酸素濃度を測定するためのガスクロマトグラフ（型式：ＧＣ−２０Ｂ−３Ｓ、株式会社島津製作所製）、４１は都市ガス導管２８へ供給する精製ガスのその他の成分濃度を測定するための分析計、５０は遮断弁、５２はガス燃焼装置、６０は流量制御装置である。
次に、本発明に係る都市ガス製造装置における都市ガス製造方法について、図１を参照しながら工程別に説明する。
１）バイオガス精製工程
消化タンク１から発生したバイオガス（消化ガス）は、バイオガス精製装置２で硫黄系不純物と二酸化炭素が分離され、高濃度なメタンガスが精製される。そして精製ガスは、中圧ガスホルダー３に中圧貯蔵される。尚、バイオガス精製装置２としては、少なくとも硫黄系不純物を分離（除去）できるものであればよく、水とバイオガスを高圧下で接触させる装置、水とバイオガスを常圧下で接触させる装置、生物脱硫装置等が挙げられる。
２）成分調整工程
前記バイオガス精製工程で得られた精製ガスを都市ガスが要求する所定成分の組成と濃度に調整する。この工程には、以下の４つの工程が含まれる。
２−１) 水素添加工程
バイオガス精製装置２で精製された後、中圧ガスホルダー３を経由して供給された精製ガスから二酸化炭素除去器１０を用いて、都市ガスが要求する所定基準値未満の二酸化炭素濃度（例えば、０．５容量％）まで低減され、さらに水電解式高純度水素酸素発生装置１３から水素が添加される。
２−２) 触媒反応により水に変換する工程
水電解式高純度水素酸素発生装置１３から水素が添加された精製ガスを触媒が充填された酸素除去触媒塔２０へ供給し、前記水素が添加された精製ガス中に残存する酸素を触媒反応により水に変換する。
２−３) 反応熱除去工程
ガス冷却器２１で、触媒反応により水に変換する工程で発生した反応熱を精製ガスから除去する。
２−４) 水分除去工程
除湿器２２で、反応熱が除去された精製ガスから水分を除去する。
３）熱量調整工程
前記成分調整工程で得られた精製ガスの熱量（例えば、３９ＭＪ／ｍ３Ｎ）を都市ガスが要求する所定熱量（例えば、４５ＭＪ／ｍ３Ｎ）に調整する。この工程には、以下の２つの工程が含まれる。
３−１) 高カロリー液化ガス（ＬＰＧ）気化工程
ガス冷却器２１で除去した反応熱により加熱された温水をＬＰＧタンク３０の周囲に配設された熱媒体流路に供給することで、ＬＰＧタンク３０に貯蔵されるＬＰＧを加温し、気化させる。
３−２) 熱量増加工程
前記成分調整工程で得られた精製ガス（すなわち、前記水分除去工程で水分が除去された精製ガス）に、前記ＬＰＧ気化工程で気化したＬＰＧ（熱量：例えば、９９．２ＭＪ／ｍ３Ｎ程度）を加えて、前記水分が除去された精製ガスの熱量を前記所定熱量となるように増加させる。より詳細には、以下の通りである。すなわち、流量計２４で計測された精製ガスの流量と流量計３１で計測された気化したＬＰＧの流量を流量制御装置３２に入力し、これらのデータに基づいて、流量調整弁３３を調節し、この流量調整弁３３で調節されたガス（気化したＬＰＧ）を前記水分除去工程で水分が除去された精製ガスに加えることにより、前記水分が除去された精製ガスの熱量を前記所定熱量となるように増加させる。
１）バイオガス精製工程
消化タンク１から発生したバイオガス（消化ガス）は、バイオガス精製装置２で硫黄系不純物と二酸化炭素が分離され、高濃度なメタンガスが精製される。そして精製ガスは、中圧ガスホルダー３に中圧貯蔵される。尚、バイオガス精製装置２としては、少なくとも硫黄系不純物を分離（除去）できるものであればよく、水とバイオガスを高圧下で接触させる装置、水とバイオガスを常圧下で接触させる装置、生物脱硫装置等が挙げられる。
２）成分調整工程
前記バイオガス精製工程で得られた精製ガスを都市ガスが要求する所定成分の組成と濃度に調整する。この工程には、以下の４つの工程が含まれる。
２−１) 水素添加工程
バイオガス精製装置２で精製された後、中圧ガスホルダー３を経由して供給された精製ガスから二酸化炭素除去器１０を用いて、都市ガスが要求する所定基準値未満の二酸化炭素濃度（例えば、０．５容量％）まで低減され、さらに水電解式高純度水素酸素発生装置１３から水素が添加される。
２−２) 触媒反応により水に変換する工程
水電解式高純度水素酸素発生装置１３から水素が添加された精製ガスを触媒が充填された酸素除去触媒塔２０へ供給し、前記水素が添加された精製ガス中に残存する酸素を触媒反応により水に変換する。
２−３) 反応熱除去工程
ガス冷却器２１で、触媒反応により水に変換する工程で発生した反応熱を精製ガスから除去する。
２−４) 水分除去工程
除湿器２２で、反応熱が除去された精製ガスから水分を除去する。
３）熱量調整工程
前記成分調整工程で得られた精製ガスの熱量（例えば、３９ＭＪ／ｍ３Ｎ）を都市ガスが要求する所定熱量（例えば、４５ＭＪ／ｍ３Ｎ）に調整する。この工程には、以下の２つの工程が含まれる。
３−１) 高カロリー液化ガス（ＬＰＧ）気化工程
ガス冷却器２１で除去した反応熱により加熱された温水をＬＰＧタンク３０の周囲に配設された熱媒体流路に供給することで、ＬＰＧタンク３０に貯蔵されるＬＰＧを加温し、気化させる。
３−２) 熱量増加工程
前記成分調整工程で得られた精製ガス（すなわち、前記水分除去工程で水分が除去された精製ガス）に、前記ＬＰＧ気化工程で気化したＬＰＧ（熱量：例えば、９９．２ＭＪ／ｍ３Ｎ程度）を加えて、前記水分が除去された精製ガスの熱量を前記所定熱量となるように増加させる。より詳細には、以下の通りである。すなわち、流量計２４で計測された精製ガスの流量と流量計３１で計測された気化したＬＰＧの流量を流量制御装置３２に入力し、これらのデータに基づいて、流量調整弁３３を調節し、この流量調整弁３３で調節されたガス（気化したＬＰＧ）を前記水分除去工程で水分が除去された精製ガスに加えることにより、前記水分が除去された精製ガスの熱量を前記所定熱量となるように増加させる。
上述したような工程を有した都市ガス製造方法を採用することにより、高カロリー液化ガスの気化用熱源を確保するための専用のヒーター及びヒーター用電源や給湯器を用意することなく、都市ガスが要求する所定熱量を満足させることが可能である。また、ガス冷却器２１で除去した熱量と、都市ガスが要求する所定熱量を満足させるために、高カロリー液化ガス気化手段（例えば、熱媒体流路）に供給する熱媒体でＬＰＧを気化させるために必要な熱量との間には、正の相関がある。したがって、本発明の構成ならば、バイオガス精製工程で得られた精製ガスの量が変動したとしても、高カロリー液化ガス気化手段でＬＰＧを気化させるために必要な熱量も十分に確保できるという作用効果も有する。
なお、本実施の形態においては、バイオガス精製装置２で精製された後、中圧ガスホルダー３を経由して供給された精製ガスから二酸化炭素除去器１０を用いて、都市ガスが要求する所定基準値未満の二酸化炭素濃度（例えば、０．５容量％）まで低減させる例について説明したが、必ずしもこれに限定されるものではない。すなわち、都市ガスが要求する所定基準値未満の二酸化炭素濃度（例えば、０．５容量％）まで低減させるのは、少なくとも都市ガス導管へ供給する前までに達成されていればよい。好ましくは、上記熱量調整工程が実施されるまでに完了しているのがよい。
また、本実施の形態においては、熱量増加工程として、成分調整工程で得られた精製ガス（すなわち、水分除去工程で水分が除去された精製ガス（熱量：例えば、３９ＭＪ／ｍ３Ｎ））に、ＬＰＧ気化工程で気化したＬＰＧ（熱量：例えば、９９．２ＭＪ／ｍ３Ｎ程度）を加えて、前記水分が除去された精製ガスの熱量を都市ガスが要求する所定熱量（例えば、４５ＭＪ／ｍ３Ｎ）にする例について説明したが、必ずしもこれに限定されるものではない。すなわち、本発明を採用したならば、成分調整工程で得られる低熱量な精製ガス（例えば、３９ＭＪ／ｍ３Ｎ）に、前記低熱量な精製ガスより高カロリーな気化した液化ガス（例えば、ＬＮＧ）を適宜選択し加えることにより、ガス事業者等によって定められた都市ガスが要求する所定熱量（例えば、４５ＭＪ／ｍ３Ｎ）に調整することが可能である。
また、本実施の形態においては、ガス冷却器２１で除去した反応熱により加熱された熱媒体として、温水を用いる例について説明したが、必ずしもこれに限定されるものではなく、様々な液体（オイル等）を熱媒体として使用することが可能である。また、本実施の形態においては、ガス冷却器２１で除去した反応熱により加熱された熱媒体（例えば、温水）をＬＰＧタンク３０の周囲に配設された熱媒体流路に供給することで、ＬＰＧタンク３０に貯蔵されるＬＰＧを加温し、気化させる例について説明したが、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、ガス冷却器２１で除去した反応熱により加熱された熱媒体（例えば、温水）と水電解式水素発生装置１３で発生した熱により加熱された熱媒体（温水）を集約して、ＬＰＧタンク３０の周囲に配設された熱媒体流路に供給することで、ＬＰＧタンク３０に貯蔵されるＬＰＧを加温し、気化させることも可能である。
また、反応熱除去工程で得られた温水は、高カロリー液化ガス気化工程で熱交換により冷却され温度が低下するので、この温度が低下した水を、再度、反応熱除去工程に供給することも可能である。
また、本実施の形態においては、高カロリー液化ガス気化手段としてＬＰＧタンク３０の周囲に配設された熱媒体流路を用いた例について説明したが、必ずしもこれに限定されるものではなく、高カロリー液化ガス気化手段として例えばベーパーライザーを用い、このベーパーライザーにガス冷却器２１で除去した反応熱により加熱された熱媒体（例えば、温水）を供給し、この熱媒体により高カロリー液化ガス（例えば、ＬＰＧ）を加温し、高カロリー液化ガスを気化させる構成とすることも可能である。さらに、水電解式水素発生装置１３で発生した熱を冷却した冷却水をＬＰＧの気化に使用することも可能である。
尚、ベーパーライザーは、間接式熱交換機と気化圧力調整器から構成されている。
１ 消化タンク
２ バイオガス精製装置
３ 中圧ガスホルダー
４ 圧力計
１０ 二酸化炭素除去器
１１ 流量計
１２ 酸素計
１３ 水電解式高純度水素酸素発生装置
１４ 流量計
１５ 流量制御装置
１６ 流量調整弁
２０ 酸素除去触媒塔
２１ ガス冷却器
２２ 除湿器
２３ 付臭装置
２４ 流量計
２５ 流量調整弁
２６ 遮断弁
２７ 減圧弁
２８ 都市ガス導管
３０ ＬＰＧタンク
３１ 流量計
３２ 流量制御装置
３３ 流量調整弁
４０ 酸素計
４１ 分析計
５０ 遮断弁
５２ ガス燃焼装置
６０ 流量制御装置
２ バイオガス精製装置
３ 中圧ガスホルダー
４ 圧力計
１０ 二酸化炭素除去器
１１ 流量計
１２ 酸素計
１３ 水電解式高純度水素酸素発生装置
１４ 流量計
１５ 流量制御装置
１６ 流量調整弁
２０ 酸素除去触媒塔
２１ ガス冷却器
２２ 除湿器
２３ 付臭装置
２４ 流量計
２５ 流量調整弁
２６ 遮断弁
２７ 減圧弁
２８ 都市ガス導管
３０ ＬＰＧタンク
３１ 流量計
３２ 流量制御装置
３３ 流量調整弁
４０ 酸素計
４１ 分析計
５０ 遮断弁
５２ ガス燃焼装置
６０ 流量制御装置
Claims (4)
- バイオガス中から少なくとも硫黄系不純物を分離し、高濃度なメタンガスを精製するバイオガス精製工程と、このバイオガス精製工程で得られた精製ガスを都市ガスが要求する所定成分の組成と濃度に調整する成分調整工程と、この成分調整工程で得られた精製ガスの熱量を都市ガスが要求する所定熱量に調整する熱量調整工程と、を備え、
前記成分調整工程は、
前記バイオガス精製工程で得られた精製ガスに水素を添加する水素添加工程と、
この水素添加工程で水素が添加された精製ガスを触媒が充填された酸素除去触媒塔へ供給し、前記水素が添加された精製ガス中に残存する酸素を触媒反応により水に変換する工程と、
この触媒反応により水に変換する工程で発生した反応熱を精製ガスから除去する反応熱除去工程と、
この反応熱除去工程で反応熱が除去された精製ガスから水分を除去する水分除去工程と、を有し、
前記熱量調整工程は、
前記反応熱除去工程で除去した反応熱により加熱された熱媒体で、前記水分除去工程で水分が除去された精製ガスより高カロリーな液化ガス（以下、「高カロリー液化ガス」と称す）を加温し、気化させる高カロリー液化ガス気化工程と、
前記水分除去工程で水分が除去された精製ガスに、前記高カロリー液化ガス気化工程で気化した高カロリー液化ガスを加えて、前記水分が除去された精製ガスの熱量を前記所定熱量となるように増加させる熱量増加工程と、を有したことを特徴とする都市ガス製造方法。 - 前記水素は、水を電気分解して得たものであることを特徴とする請求項１に記載の都市ガス製造方法。
- バイオガス中から少なくとも硫黄系不純物を分離し、高濃度なメタンガスを精製するためのバイオガス精製装置と、
このバイオガス精製装置で得られた精製ガスを都市ガスが要求する所定成分の組成と濃度に調整するための成分調整手段と、
この成分調整手段で得られた精製ガスの熱量を都市ガスが要求する所定熱量に調整するための熱量調整手段と、を備え、
前記成分調整手段は、
前記バイオガス精製装置で得られた精製ガスに水素を添加するための水素供給手段と、
この水素供給手段により水素が添加された精製ガスを受入れ、前記水素が添加された精製ガス中に残存する酸素を触媒反応により水に変換するための触媒が充填された酸素除去触媒塔と、
この酸素除去触媒塔で触媒反応により発生した反応熱を精製ガスから除去するためのガス冷却器と、
このガス冷却器で反応熱が除去された精製ガスから水分を除去するための水分除去手段と、を有し、
前記熱量調整手段は、
前記ガス冷却器で除去した反応熱により加熱された熱媒体で、前記水分除去手段で水分が除去された精製ガスより高カロリーな液化ガス（以下、「高カロリー液化ガス」と称す）を加温し、気化させるための高カロリー液化ガス気化手段と、
前記水分除去手段で水分が除去された精製ガスに、前記高カロリー液化ガス気化手段で気化した高カロリー液化ガスを加えて、前記水分が除去された精製ガスの熱量を前記所定熱量となるように増加させるための
熱量増加手段と、を有したことを特徴とする都市ガス製造装置。 - 前記水素供給手段は、水電解装置であることを特徴とする請求項３に記載の都市ガス製造装置。
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