JP5181072B1 - バイオガスの脱酸素方法及び装置 - Google Patents
バイオガスの脱酸素方法及び装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5181072B1 JP5181072B1 JP2012126122A JP2012126122A JP5181072B1 JP 5181072 B1 JP5181072 B1 JP 5181072B1 JP 2012126122 A JP2012126122 A JP 2012126122A JP 2012126122 A JP2012126122 A JP 2012126122A JP 5181072 B1 JP5181072 B1 JP 5181072B1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- biogas
- gas
- oxygen
- hydrogen
- oxygen concentration
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 238000006392 deoxygenation reaction Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 151
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 122
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 122
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 122
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 65
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 65
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 61
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 54
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 30
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 28
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 27
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims description 19
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 18
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims description 14
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 claims description 13
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 claims description 8
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 7
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 claims description 7
- 238000005984 hydrogenation reaction Methods 0.000 claims description 7
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 6
- 238000002848 electrochemical method Methods 0.000 claims description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 3
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 abstract description 16
- 238000007865 diluting Methods 0.000 abstract description 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 abstract 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 abstract 1
- 230000029087 digestion Effects 0.000 description 19
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 5
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 5
- 239000003205 fragrance Substances 0.000 description 4
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 4
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 3
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 description 3
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 description 3
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 2
- 238000006477 desulfuration reaction Methods 0.000 description 2
- 230000023556 desulfurization Effects 0.000 description 2
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 239000010815 organic waste Substances 0.000 description 2
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 2
- 239000010801 sewage sludge Substances 0.000 description 2
- RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N Dihydrogen sulfide Chemical compound S RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- -1 H 2 S Substances 0.000 description 1
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 1
- 235000010724 Wisteria floribunda Nutrition 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 239000010779 crude oil Substances 0.000 description 1
- 230000001079 digestive effect Effects 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 238000005194 fractionation Methods 0.000 description 1
- 229910000037 hydrogen sulfide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 239000010865 sewage Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- XTQHKBHJIVJGKJ-UHFFFAOYSA-N sulfur monoxide Chemical class S=O XTQHKBHJIVJGKJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052815 sulfur oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Gas Separation By Absorption (AREA)
Abstract
【課題】本発明は、バイオガスから効率的に所定基準の都市ガスが製造可能であるとともに、都市ガスが要求する所定基準値未満の酸素濃度にするために、多量の都市ガス（天然ガス）を使用してバイオガスを希釈するようなことを要せず、かつ、バイオガスに添加する水素量を効率的に制御可能なバイオガスの脱酸素方法及び装置を提供することを目的とする。
【解決手段】流量計１１で計測された流量と酸素計１２で測定された酸素濃度と流量計１４で計測された流量および酸素計４０で測定された酸素濃度を流量制御装置１５に入力し、これらのデータに基づいて、流量調整弁１６を調節するように構成されている。
【選択図】図１
Description
本発明は、精製されたバイオガス中に残存する酸素を除去するバイオガスの脱酸素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。
この消化ガスは、燃料ガスとして利用される。例えば、発電用のガスエンジン、ガスタービン、燃料電池等、温水や蒸気を製造するボイラー等の燃料である。このような機器の燃料ガスとして使用する場合には、消化ガスに含まれるＨ２Ｓガスを除去する必要が生じる。その理由は、消化ガスを燃焼させる際に消化ガス中のＨ２Ｓガスが酸化されて硫黄酸化物が生成し、機器を腐食させる可能性があるためである。
また、近年では、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技術として、例えば、特許文献１に記載されたようなものが知られている。
この特許文献１に開示された技術は、上記Ｈ２Ｓ等の硫黄系不純物や二酸化炭素が除去され精製されたバイオガス（消化ガス）を都市ガスが要求する所定基準値未満の不純物成分濃度の天然ガスとともに供給するバイオガス供給システムであって、天然ガス導管から前記天然ガスを取り出す分取部と、前記バイオガスに前記天然ガスよりも熱量が大きい高カロリーガスを添加して熱量調整を行う調整部と、前記不純物成分濃度が前記所定基準値以下となるように熱量調整後のバイオガスと前記天然ガスとを混合する混合部と、混合後のガスを前記天然ガス導管に戻すリターン部と、を備えたものである。また、この特許文献１には、酸素濃度測定手段として、ガスクロマトグラフや磁気式酸素分析計が開示されている。
また、ガスクロマトグラフの場合には、分析ガスをマイナス７２℃まで冷却して酸素とアルゴンを分離し、それぞれを分析可能であることも知られている（例えば、特許文献２、非特許文献１参照）。
ラード他（Ｅ．Ｗ．ＬＡＲＤ ｅｔ ａｌ．）、「分析化学（ＡＮＡＬＹＴＩＣＡＬ ＣＨＥＭＩＳＴＲＹ）」、１９６０年６月、第３２巻、第７号、ｐ．８７８−８７９
上記特許文献１に記載された発明では、都市ガスが要求する所定基準値未満の不純物成分濃度を満足させるために、前記天然ガスを多量に使用して、約０．２容量％の酸素が残存したままの前記消化ガスをわざわざ希釈させなければならないという問題点を有していた。
また、上記特許文献１には、酸素濃度測定手段として、確かにガスクロマトグラフや磁気式酸素分析計を使用することが開示されている。
しかし、水を溶媒とする物理吸収法を利用して前記消化ガス中からＨ２Ｓ等の硫黄系不純物や二酸化炭素を除去する場合、吸収水に空気由来の微量のアルゴンが溶存しており、硫黄系不純物や二酸化炭素を吸収する際に溶存しているアルゴンの一部が精製ガスに移行することを本発明者は見出した。このため、通常のガスクロマトグラフで前記精製ガス中の酸素濃度を測定すると、アルゴンの影響を受けて、検出された分析値の中に酸素濃度のみならず、アルゴン濃度が含まれてしまい、都市ガスが要求する所定基準値｛例えば、０．０１容量％（１００ｐｐｍ）以下｝の酸素を正確に測定することは難しいという問題がある。
また、ガスクロマトグラフを用いて、上記特許文献２や非特許文献１に開示されたような複雑な分析手法を採用していては、バイオガスから効率的に所定基準の都市ガスを製造することは難しい。
なお、磁気式酸素分析計の場合、そもそも１００ｐｐｍレベルの酸素濃度の分解能を有さない。
したがって、これらの酸素濃度測定手段によって測定された酸素濃度に基づいたのでは、バイオガスから効率的に所定基準の都市ガスを製造することは困難であり、また、上記都市ガスが要求する所定基準値未満の酸素濃度とするために、バイオガスに添加する水素量を効率的に制御することなど望むべくもない。
本発明の目的は、バイオガスから効率的に所定基準の都市ガスが製造可能であるとともに、都市ガスが要求する所定基準値未満の酸素濃度にするために、多量の都市ガス（天然ガス）を使用してバイオガスを希釈するようなことを要せず、かつ、バイオガスに添加する水素量を効率的に制御可能なバイオガスの脱酸素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、
前記酸素除去触媒塔前後の精製ガス中の少なくともいずれか一方の酸素濃度を電極方式を用いた電気化学的方法により測定する工程と、
を備え、
前記水素添加工程には、前記バイオガス精製工程で得られた精製ガスに添加する水素量を前記電気化学的方法により測定された酸素濃度に基づいて調整する工程をさらに有したことを特徴とするバイオガスの脱酸素方法である。
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、
前記酸素除去触媒塔前後の精製ガス中の少なくともいずれか一方の酸素濃度を電極方式を用いた電気化学的方法により測定する工程と、
を備え、
前記水素添加工程には、前記バイオガス精製工程で得られた精製ガスに添加する水素量を前記電気化学的方法により測定された酸素濃度に基づいて調整する工程をさらに有したことを特徴とするバイオガスの脱酸素方法である。
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。
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前後の精製ガス中の少なくともいずれか一方の酸素濃度を測定するための電極方式を用いた電気化学式酸素濃度測定手段と、
前記バイオガス精製装置で得られた精製ガスに前記水素供給手段から添加する水素量を前記電気化学式酸素濃度測定手段により測定された酸素濃度に基づいて調整するための水素量調整手段と、
を備えたことを特徴とするバイオガスの脱酸素装置である。
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前後の精製ガス中の少なくともいずれか一方の酸素濃度を測定するための電極方式を用いた電気化学式酸素濃度測定手段と、
前記バイオガス精製装置で得られた精製ガスに前記水素供給手段から添加する水素量を前記電気化学式酸素濃度測定手段により測定された酸素濃度に基づいて調整するための水素量調整手段と、
を備えたことを特徴とするバイオガスの脱酸素装置である。
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、本発明に係るバイオガスの脱酸素方法によれば、
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、
前記酸素除去触媒塔前後の精製ガス中の少なくともいずれか一方の酸素濃度を電極方式を用いた電気化学的方法により測定する工程と、
を備え、
前記水素添加工程には、前記バイオガス精製工程で得られた精製ガスに添加する水素量を前記電気化学的方法により測定された酸素濃度に基づいて調整する工程をさらに有しているため、
都市ガスが要求する所定基準値未満の酸素濃度にするために、多量の都市ガス（天然ガス）を使用してバイオガスを希釈するようなことを要せず、かつ、バイオガスに添加する水素量を効率的に制御可能なバイオガスの脱酸素方法を実現できる。
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、
前記酸素除去触媒塔前後の精製ガス中の少なくともいずれか一方の酸素濃度を電極方式を用いた電気化学的方法により測定する工程と、
を備え、
前記水素添加工程には、前記バイオガス精製工程で得られた精製ガスに添加する水素量を前記電気化学的方法により測定された酸素濃度に基づいて調整する工程をさらに有しているため、
都市ガスが要求する所定基準値未満の酸素濃度にするために、多量の都市ガス（天然ガス）を使用してバイオガスを希釈するようなことを要せず、かつ、バイオガスに添加する水素量を効率的に制御可能なバイオガスの脱酸素方法を実現できる。
また、本発明に係るバイオガスの脱酸素装置によれば、
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前後の精製ガス中の少なくともいずれか一方の酸素濃度を測定するための電極方式を用いた電気化学式酸素濃度測定手段と、
前記バイオガス精製装置で得られた精製ガスに前記水素供給手段から添加する水素量を前記電気化学式酸素濃度測定手段により測定された酸素濃度に基づいて調整するための水素量調整手段と、
を備えているため、
都市ガスが要求する所定基準値未満の酸素濃度にするために、多量の都市ガス（天然ガス）を使用してバイオガスを希釈するようなことを要せず、かつ、バイオガスに添加する水素量を効率的に制御可能なバイオガスの脱酸素装置を実現できる。
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前後の精製ガス中の少なくともいずれか一方の酸素濃度を測定するための電極方式を用いた電気化学式酸素濃度測定手段と、
前記バイオガス精製装置で得られた精製ガスに前記水素供給手段から添加する水素量を前記電気化学式酸素濃度測定手段により測定された酸素濃度に基づいて調整するための水素量調整手段と、
を備えているため、
都市ガスが要求する所定基準値未満の酸素濃度にするために、多量の都市ガス（天然ガス）を使用してバイオガスを希釈するようなことを要せず、かつ、バイオガスに添加する水素量を効率的に制御可能なバイオガスの脱酸素装置を実現できる。
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は本発明のバイオガスの脱酸素方法を実施するための一実施の形態に係るバイオガスの脱酸素装置の全体構成を模式的に説明する説明図である。
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、５はＣＮＧ車等に精製ガスを供給するために精製ガスに付臭剤（ＴＨＴ）を用いて付臭するための付臭装置、６は減圧弁、７は付臭剤（ＴＨＴ）を用いて付臭された精製ガスが減圧弁６で所定圧力に減圧され供給される消化タンク１の加温用ボイラーである。
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電極方式を用いた電気化学式酸素濃度測定手段としての酸素計（品番：ＤＦ−１５３Ｅ、ＧＥセンシング＆インスペクション・テクノロジーズ株式会社製）、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。
尚、電極方式を用いた電気化学式酸素濃度測定手段としては、ガス透過性隔膜を通して電解槽中に拡散吸収された酸素が固体電極表面上で還元される際に生じる電解電流を検出する方式であればよく、例えば、定電位電解形、ポーラログラフ形、あるいはガルバニ電池形が用いられる。
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の触媒反応熱を取り去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（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。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は精製ガスに高カロリーガスであるＬＰＧを供給して熱量を調整するための熱量調整装置、３１は熱量調整装置３０から出た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、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電極方式を用いた電気化学式酸素濃度測定手段としての酸素計（品番：ＤＦ−１５３Ｅ、ＧＥセンシング＆インスペクション・テクノロジーズ株式会社製）、４１は都市ガス導管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、本発明に係るバイオガスの脱酸素装置の運転動作について、図１を参照しながら説明する。流量計１１で計測された精製ガスの流量と酸素計１２で測定された精製ガス中の酸素濃度と流量計１４で計測された水素ガスの流量および酸素計４０で測定された酸素濃度を流量制御装置１５に入力し、これらのデータに基づいて、流量調整弁１６を調節する。これにより、バイオガス（精製された消化ガス）を都市ガスが要求する所定基準値未満の酸素濃度（例えば、０．０１容量％）にするために、多量の都市ガス（天然ガス）を使用してバイオガスを希釈するようなことを要せず、かつ、バイオガスに添加する水素量を効率的に制御可能となる。
本実施の形態においては、酸素除去触媒塔２０前後に酸素計１２と酸素計４０を設置し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、酸素除去触媒塔２０前後の少なくともいずれか一方に電極方式を用いた電気化学式酸素計が設置されていればよい。
また、本実施の形態においては、酸素濃度を測定するための電極方式を用いた電気化学式酸素濃度測定手段として、品番：ＤＦ−１５３Ｅ、ＧＥセンシング＆インスペクション・テクノロジーズ株式会社製の酸素計の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、様々な電極方式を用いた電気化学式酸素計を用いることが可能である。
以下、本発明の作用効果を検証するための試験を実施した。
図１において、バイオガス精製装置２として、例えば水を溶媒とする物理吸収法を用いて精製した既知の精製ガス｛酸素濃度０．３００（容量％）、アルゴン濃度０．０２（容量％）含有｝を本発明に係るバイオガスの脱酸素方法（酸素濃度測定：酸素計１２を使用）により脱酸素した結果を下記表１に示す（試験Ｎｏ．１参照）。また、比較のために、型式：ＧＣ−２０Ｂ−３Ｓ、株式会社島津製作所製のガスクロマトグラフで酸素濃度を測定し、脱酸素を行なった例を試験Ｎｏ．２とし、下記表１に示す。また、同様に比較のために、品番：ＺＲＪ、富士電機システムズ株式会社製の磁気式酸素分析計で酸素濃度を測定し、脱酸素を行なった例を試験Ｎｏ．３とし、下記表１に示す。また、下記表１に示す水素濃度の測定には、通常のガスクロマトグラフである上記型式：ＧＣ−２０Ｂ−３Ｓ、株式会社島津製作所製のガスクロマトグラフを用いた。なお、上述したように、特許文献２や非特許文献１に開示されたような複雑な分析手法を採用していては、バイオガスから効率的に所定基準の都市ガスを製造することはそもそも難しく、本願発明の目的には不適であるため、ここでの比較には挙げない。その他の試験条件は、以下の通りである。
酸素除去触媒塔２０の大きさ： 直径２７ｍｍ−長さ３００ｍｍ
触媒層の容積 ： ６７ｍＬ（Ｌはリットルの意味）
酸素除去触媒塔２０の大きさ： 直径２７ｍｍ−長さ３００ｍｍ
触媒層の容積 ： ６７ｍＬ（Ｌはリットルの意味）
上記表１に示すように、試験Ｎｏ．１の場合は、水を溶媒とする物理吸収法を用いた際の空気由来のアルゴンを含有していても、酸素計１２で精製ガス中の酸素をｐｐｍオーダーで精度良く測定可能である。したがって、この高精度に測定された酸素濃度（＝０．３００容量％ ）に基づいて流量調整弁１６を調節し、前記測定された酸素濃度に対して理想のモル比（＝２）となるように０．６０容量％の水素を添加することにより、酸素除去触媒塔２０で上記精製ガス中の残存酸素を除去できるばかりか、添加する水素量にも過不足を生じない。これは、都市ガス導管２８の直近側である酸素計４０の位置で測定した酸素濃度（＝０.０００容量％）が都市ガスの要求する所定基準値（例えば、０．０１容量％）未満の酸素濃度を満足し、かつ、分析計４１としての型式：ＧＣ−２０Ｂ−３Ｓ、株式会社島津製作所製のガスクロマトグラフで測定した水素濃度（＝０．００容量％）であることからも、十分に証明される。すなわち、本発明を採用することで、バイオガスから効率的に所定基準の都市ガスが製造可能であるとともに、都市ガスが要求する所定基準値未満の酸素濃度にするために、多量の都市ガス（天然ガス）を使用してバイオガスを希釈するようなことを要せず、かつ、バイオガスに添加する水素量を効率的に（無駄なく）制御可能なバイオガスの脱酸素方法及び装置を実現可能である。これに対して、試験Ｎｏ．２、Ｎｏ．３の場合は、試験Ｎｏ．１と同一の精製ガス（残存する酸素濃度もアルゴン濃度も同じ）が中圧ガスホルダー３から供給されているにも拘らず、酸素計１２に相当する位置で上記ガスクロマトグラフ並びに上記磁気式酸素分析計にて測定された酸素濃度は、それぞれ０．３２容量％、０．１容量％となる。したがって、いくら測定された各酸素濃度に対して理想のモル比（＝２）となるように、それぞれ０．６４容量％、０．２０容量％の水素を添加しても、都市ガス導管２８の直近側である酸素計４０に相当する位置で上記ガスクロマトグラフ並びに上記磁気式酸素分析計にて測定した酸素濃度は、それぞれ０．０２容量％、０．１容量％となり、都市ガスが要求する所定基準値未満の酸素濃度を満足できないばかりか、添加する水素量にも過不足を生じてしまい（上記表１参照）、極めて非効率である。
なお、本実施例においては、バイオガス精製装置２として、既知の水を溶媒とする物理吸収法を用いて精製した精製ガスを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、消化タンク１から発生した消化ガス中から硫黄系不純物を予め生物脱硫により除去した後（この脱硫時に使用する空気由来のアルゴンが消化ガス中に残存する）、さらに二酸化炭素等を分離して精製ガスを製造していく場合等、アルゴンを含む様々な精製ガスに対して、本発明に係るバイオガスの脱酸素方法および装置は有効である。
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
５ 付臭装置
６ 減圧弁
７ 加温用ボイラー
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 熱量調整装置
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
５ 付臭装置
６ 減圧弁
７ 加温用ボイラー
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 熱量調整装置
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)
- 水を溶媒とする物理吸収法を利用して、バイオガス中から少なくとも硫黄系不純物及び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、アルゴンを含む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、
前記酸素除去触媒塔に供給される前記精製ガスの流量を測定する流量測定工程と、
前記酸素除去触媒塔に供給される精製ガス中の酸素濃度と、前記酸素除去触媒塔を通った後の前記精製ガス中の酸素濃度とを、電極方式を用いた電気化学的方法により測定する酸素濃度測定工程と、
を備え、
前記水素添加工程には、前記バイオガス精製工程で得られた精製ガスに添加する水素量を、前記酸素濃度測定工程において測定された酸素濃度と、前記流量測定工程において測定された前記精製ガスの流量とに基づいて調整する工程をさらに有したことを特徴とするバイオガスの脱酸素方法。 - 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に記載のバイオガスの脱酸素方法。
- 水を溶媒とする物理吸収法を利用して、バイオガス中から少なくとも硫黄系不純物及び二酸化炭素を分離し、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、アルゴンを含む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が供給され、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、
前記酸素除去触媒塔に供給される前記精製ガスの流量を測定する流量測定手段と、
前記酸素除去触媒塔に供給される精製ガス中の酸素濃度と、前記酸素除去触媒塔を通った後の前記精製ガス中の酸素濃度とを測定するための、電極方式を用いた電気化学式酸素濃度測定手段と、
前記バイオガス精製装置で得られた精製ガスに前記水素供給手段から添加する水素量を、前記電気化学式酸素濃度測定手段により測定された酸素濃度と、前記流量測定手段において測定された前記精製ガスの流量とに基づいて調整するための水素量調整手段と、
を備えたことを特徴とするバイオガスの脱酸素装置。 - 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に記載のバイオガスの脱酸素装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012126122A JP5181072B1 (ja) | 2012-06-01 | 2012-06-01 | バイオガスの脱酸素方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012126122A JP5181072B1 (ja) | 2012-06-01 | 2012-06-01 | バイオガスの脱酸素方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP5181072B1 true JP5181072B1 (ja) | 2013-04-10 |
| JP2013249406A JP2013249406A (ja) | 2013-12-12 |
Family
ID=48189467
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2012126122A Active JP5181072B1 (ja) | 2012-06-01 | 2012-06-01 | バイオガスの脱酸素方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP5181072B1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103589471A (zh) * | 2013-11-17 | 2014-02-19 | 北京科技大学 | 一种用于沼气低温燃烧脱氧的节能装置及其工艺 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6077169B1 (ja) * | 2016-08-30 | 2017-02-08 | 株式会社神鋼環境ソリューション | 水素ガスの製造方法、およびバイオガス水素化設備 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5989253U (ja) * | 1982-12-08 | 1984-06-16 | 日本電信電話株式会社 | 電気化学式酸素センサ |
| JPH01227956A (ja) * | 1988-03-09 | 1989-09-12 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 酸素センサー |
| JPH05149842A (ja) * | 1991-11-29 | 1993-06-15 | Japan Pionics Co Ltd | 水素化物ガス含有ガス中の酸素分析方法および装置 |
| JPH0694705A (ja) * | 1992-01-10 | 1994-04-08 | Tokyo Gas Co Ltd | 都市ガスの燃焼速度測定方法 |
| JP2010235825A (ja) * | 2009-03-31 | 2010-10-21 | Kobelco Eco-Solutions Co Ltd | 消化ガスの脱酸素方法及び装置 |
| JP2011153245A (ja) * | 2010-01-28 | 2011-08-11 | Sumitomo Seika Chem Co Ltd | メタンを主成分とするガスの処理方法および処理装置 |
| JP4934230B1 (ja) * | 2011-11-17 | 2012-05-16 | 株式会社神鋼環境ソリューション | 都市ガス製造方法及び装置 |
-
2012
- 2012-06-01 JP JP2012126122A patent/JP5181072B1/ja active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5989253U (ja) * | 1982-12-08 | 1984-06-16 | 日本電信電話株式会社 | 電気化学式酸素センサ |
| JPH01227956A (ja) * | 1988-03-09 | 1989-09-12 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 酸素センサー |
| JPH05149842A (ja) * | 1991-11-29 | 1993-06-15 | Japan Pionics Co Ltd | 水素化物ガス含有ガス中の酸素分析方法および装置 |
| JPH0694705A (ja) * | 1992-01-10 | 1994-04-08 | Tokyo Gas Co Ltd | 都市ガスの燃焼速度測定方法 |
| JP2010235825A (ja) * | 2009-03-31 | 2010-10-21 | Kobelco Eco-Solutions Co Ltd | 消化ガスの脱酸素方法及び装置 |
| JP2011153245A (ja) * | 2010-01-28 | 2011-08-11 | Sumitomo Seika Chem Co Ltd | メタンを主成分とするガスの処理方法および処理装置 |
| JP4934230B1 (ja) * | 2011-11-17 | 2012-05-16 | 株式会社神鋼環境ソリューション | 都市ガス製造方法及び装置 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103589471A (zh) * | 2013-11-17 | 2014-02-19 | 北京科技大学 | 一种用于沼气低温燃烧脱氧的节能装置及其工艺 |
| CN103589471B (zh) * | 2013-11-17 | 2015-01-07 | 北京科技大学 | 一种用于沼气低温燃烧脱氧的节能装置及其工艺 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2013249406A (ja) | 2013-12-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Rasi et al. | Trace compounds affecting biogas energy utilisation–A review | |
| Batlle-Vilanova et al. | Biogas upgrading, CO2 valorisation and economic revaluation of bioelectrochemical systems through anodic chlorine production in the framework of wastewater treatment plants | |
| Calbry-Muzyka et al. | Direct methanation of biogas—technical challenges and recent progress | |
| JP2006036849A (ja) | バイオガスの処理利用システム及びバイオガスの処理利用方法 | |
| Kuhn et al. | Requirements, techniques, and costs for contaminant removal from landfill gas | |
| Nyamukamba et al. | Biogas upgrading approaches with special focus on siloxane removal—A review | |
| Spiegel et al. | Test results for fuel cell operation on anaerobic digester gas | |
| Atelge et al. | A critical overview of the state-of-the-art methods for biogas purification and utilization processes | |
| Maia et al. | Removal of H2S and CO2 from biogas in bench scale and the pilot scale using a regenerable Fe-EDTA solution | |
| JP2011153245A (ja) | メタンを主成分とするガスの処理方法および処理装置 | |
| Kulkarni et al. | Hydrogen sulfide removal from biogas using chemical absorption technique in packed column reactors | |
| EP3059645B1 (en) | Method and computer program product for controlling anaerobic codigesters | |
| JP4909371B2 (ja) | 消化ガスの脱酸素方法及び装置 | |
| JP5181072B1 (ja) | バイオガスの脱酸素方法及び装置 | |
| JP4934230B1 (ja) | 都市ガス製造方法及び装置 | |
| JP4959742B2 (ja) | 消化ガスの脱酸素方法及び装置 | |
| Nindhia et al. | Processing carbon rod from waste of zing-carbon battery for biogas desulfurizer | |
| Mora et al. | Characterisation and perspectives of energetic use of dissolved gas recovered from anaerobic effluent with membrane contactor | |
| Soehartanto et al. | A Novel Simple Dipping-Nebulizing Water Absorption for Biogas Purification | |
| US20180250626A1 (en) | Gas treatment method and apparatus | |
| JP5119370B1 (ja) | 都市ガス導管へのバイオガス注入設備 | |
| JP4934231B1 (ja) | 精製ガスの脱酸素装置における触媒の寿命を予測する寿命予測方法及びシステム | |
| Bijos et al. | Methane liquid-gas phase distribution during anaerobic sludge digestion: A thermodynamic approach | |
| Schideman et al. | Advancing pilot-scale integrated systems for algal carbon capture and biofuel production | |
| Fenske | Biological H2/CO2 Methanation in Trickle Bed Reactors-Toward Industrial Application |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20130108 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20130111 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5181072 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |