JPH113723A - 消化ガス利用燃料電池設備 - Google Patents
消化ガス利用燃料電池設備Info
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- JPH113723A JPH113723A JP16490497A JP16490497A JPH113723A JP H113723 A JPH113723 A JP H113723A JP 16490497 A JP16490497 A JP 16490497A JP 16490497 A JP16490497 A JP 16490497A JP H113723 A JPH113723 A JP H113723A
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
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- Y02W10/20—Sludge processing
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- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
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- Y02W30/20—Waste processing or separation
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- Processing Of Solid Wastes (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
- Treatment Of Sludge (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】メタンの回収率を高めると共に燃料電池用に供
給する燃料ガス量を増加させ、燃料電池設備の経済的効
果を向上させることのできる設備を提供する。 【解決手段】有機性廃棄物を嫌気性微生物を用いてメタ
ン発酵処理する消化槽（１）と、消化槽で発生した消化
ガスを透過側に二酸化炭素濃縮ガスと非透過側に高濃度
メタンガスとに分離する第１段ガス分離膜装置（２）
と、透過側の二酸化炭素濃縮ガスを透過側に高濃度二酸
化炭素ガスと非透過側にメタン濃縮ガスとに分離する第
２段ガス分離膜装置（３）とを設け、第２段ガス分離膜
装置の非透過側のメタン濃縮ガスを第１段ガス分離膜装
置の前段の消化ガスに循環し、第１段ガス分離膜装置の
非透過側の高濃度メタンガスを燃料ガスとする燃料電池
を備えたことを特徴とする消化ガス利用燃料電池設備。
給する燃料ガス量を増加させ、燃料電池設備の経済的効
果を向上させることのできる設備を提供する。 【解決手段】有機性廃棄物を嫌気性微生物を用いてメタ
ン発酵処理する消化槽（１）と、消化槽で発生した消化
ガスを透過側に二酸化炭素濃縮ガスと非透過側に高濃度
メタンガスとに分離する第１段ガス分離膜装置（２）
と、透過側の二酸化炭素濃縮ガスを透過側に高濃度二酸
化炭素ガスと非透過側にメタン濃縮ガスとに分離する第
２段ガス分離膜装置（３）とを設け、第２段ガス分離膜
装置の非透過側のメタン濃縮ガスを第１段ガス分離膜装
置の前段の消化ガスに循環し、第１段ガス分離膜装置の
非透過側の高濃度メタンガスを燃料ガスとする燃料電池
を備えたことを特徴とする消化ガス利用燃料電池設備。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、有機性廃棄物を嫌
気性消化処理して得られた消化ガスを燃料電池の燃料ガ
スとして利用した燃料電池設備に関する。尚、本願で
は、有機性廃棄物とは有機性廃水、有機性汚泥や流動性
の有機性固形物などをいう。
気性消化処理して得られた消化ガスを燃料電池の燃料ガ
スとして利用した燃料電池設備に関する。尚、本願で
は、有機性廃棄物とは有機性廃水、有機性汚泥や流動性
の有機性固形物などをいう。
【０００２】
【従来の技術】従来、下水汚泥、し尿、食品排水、又は
厨芥などの有機性廃棄物を嫌気性微生物で消化処理し
て、有機物を分解浄化処理すると共に、メタンを多量に
含有する消化ガスを発生させ、発生した消化ガスを消化
槽の加熱用燃料やガスエンジン発電用燃料などとして利
用する装置が古くから数多く実施されている。
厨芥などの有機性廃棄物を嫌気性微生物で消化処理し
て、有機物を分解浄化処理すると共に、メタンを多量に
含有する消化ガスを発生させ、発生した消化ガスを消化
槽の加熱用燃料やガスエンジン発電用燃料などとして利
用する装置が古くから数多く実施されている。
【０００３】一方、天然ガス、ＬＰＧ、メタノールなど
の炭化水素燃料を改質して得られた水素と空気中の酸素
などの酸化剤との反応で生じる化学エネルギ−を、電気
化学的に直接電気エネルギ−に変換する燃料電池設備
が、発電効率や熱回収効率などを含めたエネルギ−効率
の高さから近年急速に普及してきており、また、更に効
率の高い設備が開発されている。
の炭化水素燃料を改質して得られた水素と空気中の酸素
などの酸化剤との反応で生じる化学エネルギ−を、電気
化学的に直接電気エネルギ−に変換する燃料電池設備
が、発電効率や熱回収効率などを含めたエネルギ−効率
の高さから近年急速に普及してきており、また、更に効
率の高い設備が開発されている。
【０００４】また、前記消化槽から得られた消化ガス中
にはメタンが多量に含まれているため、燃料電池設備用
の燃料ガスとして利用する技術の開発も行われており、
本願出願人が先に特開平９−９７６２２号で、消化ガス
中のメタンをガス分離膜で濃縮して燃料電池の燃料ガス
として供給する設備を開示した。
にはメタンが多量に含まれているため、燃料電池設備用
の燃料ガスとして利用する技術の開発も行われており、
本願出願人が先に特開平９−９７６２２号で、消化ガス
中のメタンをガス分離膜で濃縮して燃料電池の燃料ガス
として供給する設備を開示した。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】前記従来の特開平９−
９７６２２号で開示した燃料電池設備にあっては、消化
ガス中のメタン濃度を燃料電池設備に適した濃度に容易
に濃縮することができ、低廉な燃料ガスとして燃料電池
設備用に利用することができるため、燃料電池設備の経
済的効果を向上させたが、消化ガスから得られるメタン
の回収率の更なる向上が望まれていた。
９７６２２号で開示した燃料電池設備にあっては、消化
ガス中のメタン濃度を燃料電池設備に適した濃度に容易
に濃縮することができ、低廉な燃料ガスとして燃料電池
設備用に利用することができるため、燃料電池設備の経
済的効果を向上させたが、消化ガスから得られるメタン
の回収率の更なる向上が望まれていた。
【０００６】従って、本発明は、前記要求に鑑みて成さ
れたものであり、消化ガス中のメタンをガス分離膜で濃
縮して燃料電池設備に供給する従来の設備を改良し、メ
タンの回収率を高めると共に燃料電池用に供給する燃料
ガス量を増加させ、燃料電池設備の経済的効果を向上さ
せることを目的として成されたものである。
れたものであり、消化ガス中のメタンをガス分離膜で濃
縮して燃料電池設備に供給する従来の設備を改良し、メ
タンの回収率を高めると共に燃料電池用に供給する燃料
ガス量を増加させ、燃料電池設備の経済的効果を向上さ
せることを目的として成されたものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の本発明の要旨は、請求項１においては、有機性廃棄物
を嫌気性微生物を用いてメタン発酵処理する消化槽と、
消化槽で発生した消化ガスを透過側に二酸化炭素濃縮ガ
スと非透過側に高濃度メタンガスとに分離する第１段ガ
ス分離膜装置と、透過側の二酸化炭素濃縮ガスを透過側
に高濃度二酸化炭素ガスと非透過側にメタン濃縮ガスと
に分離する第２段ガス分離膜装置とを設け、第２段ガス
分離膜装置の非透過側のメタン濃縮ガスを第１段ガス分
離膜装置の前段の消化ガスに循環し、第１段ガス分離膜
装置の非透過側の高濃度メタンガスを燃料ガスとする燃
料電池を備えたことを特徴とする消化ガス利用燃料電池
設備である。
の本発明の要旨は、請求項１においては、有機性廃棄物
を嫌気性微生物を用いてメタン発酵処理する消化槽と、
消化槽で発生した消化ガスを透過側に二酸化炭素濃縮ガ
スと非透過側に高濃度メタンガスとに分離する第１段ガ
ス分離膜装置と、透過側の二酸化炭素濃縮ガスを透過側
に高濃度二酸化炭素ガスと非透過側にメタン濃縮ガスと
に分離する第２段ガス分離膜装置とを設け、第２段ガス
分離膜装置の非透過側のメタン濃縮ガスを第１段ガス分
離膜装置の前段の消化ガスに循環し、第１段ガス分離膜
装置の非透過側の高濃度メタンガスを燃料ガスとする燃
料電池を備えたことを特徴とする消化ガス利用燃料電池
設備である。
【０００８】また、請求項２では、前記請求項１におけ
る第２段ガス分離膜装置の透過側の高濃度二酸化炭素ガ
スの一部を消化槽に循環することを特徴とする消化ガス
利用燃料電池設備である。更に、請求項３では、前記請
求項１又は請求項２における第１段ガス分離膜装置の前
段に硫化水素を除去する脱硫装置を設けたことを特徴と
する消化ガス利用燃料電池設備である。
る第２段ガス分離膜装置の透過側の高濃度二酸化炭素ガ
スの一部を消化槽に循環することを特徴とする消化ガス
利用燃料電池設備である。更に、請求項３では、前記請
求項１又は請求項２における第１段ガス分離膜装置の前
段に硫化水素を除去する脱硫装置を設けたことを特徴と
する消化ガス利用燃料電池設備である。
【０００９】前記構成の燃料電池設備においては、有機
性廃棄物を消化槽でメタン菌などの嫌気性微生物により
生物的に分解処理することにより、メタンを多量に含有
する消化ガスが発生する。発生した消化ガスを第１段ガ
ス分離膜装置に供給して処理することにより、主に二酸
化炭素がガス分離膜を透過し、透過側に二酸化炭素濃縮
ガスと非透過側に高濃度メタンガスとが得られる。
性廃棄物を消化槽でメタン菌などの嫌気性微生物により
生物的に分解処理することにより、メタンを多量に含有
する消化ガスが発生する。発生した消化ガスを第１段ガ
ス分離膜装置に供給して処理することにより、主に二酸
化炭素がガス分離膜を透過し、透過側に二酸化炭素濃縮
ガスと非透過側に高濃度メタンガスとが得られる。
【００１０】第１段ガス分離膜装置の透過側に得られた
二酸化炭素濃縮ガスを、第２段ガス分離膜装置に供給し
て処理することにより、主に二酸化炭素がガス分離膜を
透過し、透過側に更に二酸化炭素が濃縮された高濃度二
酸化炭素ガスと非透過側に第１段ガス分離膜装置でガス
分離膜を透過した一部のメタンが濃縮したメタン濃縮ガ
スが得られる。更に、第２段ガス分離膜装置の非透過側
のメタン濃縮ガスを第１段ガス分離膜装置の前段の消化
ガスに循環することにより、残存するメタンが余剰ガス
として廃棄されることなく第１段ガス分離膜装置で回収
することができる。
二酸化炭素濃縮ガスを、第２段ガス分離膜装置に供給し
て処理することにより、主に二酸化炭素がガス分離膜を
透過し、透過側に更に二酸化炭素が濃縮された高濃度二
酸化炭素ガスと非透過側に第１段ガス分離膜装置でガス
分離膜を透過した一部のメタンが濃縮したメタン濃縮ガ
スが得られる。更に、第２段ガス分離膜装置の非透過側
のメタン濃縮ガスを第１段ガス分離膜装置の前段の消化
ガスに循環することにより、残存するメタンが余剰ガス
として廃棄されることなく第１段ガス分離膜装置で回収
することができる。
【００１１】前記の第１段ガス分離膜装置の非透過側に
得られた高濃度メタンガスはメタンが充分に濃縮されて
いるため、効率的な燃料ガスとして燃料電池設備に供給
して利用される。尚、第２段ガス分離膜装置の透過側に
得られた高濃度二酸化炭素ガスの一部を消化槽に循環す
ることにより、消化槽内の二酸化炭素濃度を容易に調整
でき、メタン発酵を促進させてメタン生成量をより多く
することが可能となり、メタンの回収量を向上させるこ
とができる。
得られた高濃度メタンガスはメタンが充分に濃縮されて
いるため、効率的な燃料ガスとして燃料電池設備に供給
して利用される。尚、第２段ガス分離膜装置の透過側に
得られた高濃度二酸化炭素ガスの一部を消化槽に循環す
ることにより、消化槽内の二酸化炭素濃度を容易に調整
でき、メタン発酵を促進させてメタン生成量をより多く
することが可能となり、メタンの回収量を向上させるこ
とができる。
【００１２】また、消化ガス中には硫化水素が含有され
ているため、燃料電池設備に供給される高濃度メタンガ
スは脱硫する必要があるが、第１段ガス分離膜装置にお
いて硫化水素が透過側に分離し、また燃料電池設備に脱
硫装置が組み込まれているため、特に第１段ガス分離膜
装置の前段に脱硫装置を設ける必要はないが、僅かでは
あるがガス分離膜の劣化などを防止する上から、また、
燃料電池設備の脱硫装置の負荷を軽減するため、第１段
ガス分離膜装置の前段に脱硫装置を設けるのが好まし
い。
ているため、燃料電池設備に供給される高濃度メタンガ
スは脱硫する必要があるが、第１段ガス分離膜装置にお
いて硫化水素が透過側に分離し、また燃料電池設備に脱
硫装置が組み込まれているため、特に第１段ガス分離膜
装置の前段に脱硫装置を設ける必要はないが、僅かでは
あるがガス分離膜の劣化などを防止する上から、また、
燃料電池設備の脱硫装置の負荷を軽減するため、第１段
ガス分離膜装置の前段に脱硫装置を設けるのが好まし
い。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態につい
て図面に基づいて説明する。図１は本発明の一実施の形
態の系統図、図２は従来設備の系統図である。尚、両図
において、相当する部材については、同一の符号を用い
た。
て図面に基づいて説明する。図１は本発明の一実施の形
態の系統図、図２は従来設備の系統図である。尚、両図
において、相当する部材については、同一の符号を用い
た。
【００１４】１は有機性廃棄物を嫌気性雰囲気でメタン
菌などの嫌気性微生物を用いて有機物を分解処理すると
共に、メタンを高濃度に含有する消化ガスを発生させる
消化槽であり、円筒槽、矩形槽及び卵形槽などの形状が
用いられており、内部には発生した消化ガスを循環し、
エアリフト効果により攪拌するガス攪拌装置１１が設け
られているが、本攪拌装置１１は、攪拌羽による機械攪
拌装置であってもよく、また、本実施の形態では消化槽
１が１段であるが、前段に通性嫌気性菌により蛋白質な
どの高分子有機物を、有機酸などの低分子有機物に分解
する酸発酵槽や油脂分などを高温で分解して溶解する可
溶化槽などを設けてもよいことは言うまでもない。
菌などの嫌気性微生物を用いて有機物を分解処理すると
共に、メタンを高濃度に含有する消化ガスを発生させる
消化槽であり、円筒槽、矩形槽及び卵形槽などの形状が
用いられており、内部には発生した消化ガスを循環し、
エアリフト効果により攪拌するガス攪拌装置１１が設け
られているが、本攪拌装置１１は、攪拌羽による機械攪
拌装置であってもよく、また、本実施の形態では消化槽
１が１段であるが、前段に通性嫌気性菌により蛋白質な
どの高分子有機物を、有機酸などの低分子有機物に分解
する酸発酵槽や油脂分などを高温で分解して溶解する可
溶化槽などを設けてもよいことは言うまでもない。
【００１５】２は消化槽で発生した消化ガスを透過側２
ｂに二酸化炭素濃縮ガスと非透過側２ａに高濃度メタン
ガスとに分離する第１段ガス分離膜装置であり、また、
３は第１段ガス分離膜装置の透過側２ｂの二酸化炭素濃
縮ガスを透過側３ｂに高濃度二酸化炭素ガスと非透過側
３ａにメタン濃縮ガスとに分離する第２段ガス分離膜装
置である。
ｂに二酸化炭素濃縮ガスと非透過側２ａに高濃度メタン
ガスとに分離する第１段ガス分離膜装置であり、また、
３は第１段ガス分離膜装置の透過側２ｂの二酸化炭素濃
縮ガスを透過側３ｂに高濃度二酸化炭素ガスと非透過側
３ａにメタン濃縮ガスとに分離する第２段ガス分離膜装
置である。
【００１６】前記第１段及び第２段ガス分離膜装置２、
３に用いられるガス分離膜としては、主に、ポリイミド
膜、ポリスルホン膜、三酢酸セルロ−ス膜、ポリテトラ
フルオロエチレン膜、ポリエ−テルスルホン膜などの高
分子気体分離膜やカ−ボン膜、微多孔質ガラス複合膜な
どが用いられるが、ポリイミド膜がメタンと二酸化炭素
との分離係数が高く、耐硫化水素性もあるため好まし
い。
３に用いられるガス分離膜としては、主に、ポリイミド
膜、ポリスルホン膜、三酢酸セルロ−ス膜、ポリテトラ
フルオロエチレン膜、ポリエ−テルスルホン膜などの高
分子気体分離膜やカ−ボン膜、微多孔質ガラス複合膜な
どが用いられるが、ポリイミド膜がメタンと二酸化炭素
との分離係数が高く、耐硫化水素性もあるため好まし
い。
【００１７】４は第１段ガス分離膜装置２の非透過側２
ａに得られた高濃度メタンガスを燃料ガスとする燃料電
池設備であり、燃料電池本体の前段に硫化水素の脱硫
器、メタンを改質して水素を製造する改質器などが設け
られ、また必要により燃料電池本体で生成した水を処理
する水処理装置が設けられ、それらが一体化されて組み
立てられている。
ａに得られた高濃度メタンガスを燃料ガスとする燃料電
池設備であり、燃料電池本体の前段に硫化水素の脱硫
器、メタンを改質して水素を製造する改質器などが設け
られ、また必要により燃料電池本体で生成した水を処理
する水処理装置が設けられ、それらが一体化されて組み
立てられている。
【００１８】前記脱硫装置としては酸化亜鉛や酸化ニッ
ケルなどを脱硫剤とした乾式脱硫装置を用いるのが好ま
しく、また、改質器としては、ニッケル触媒などを触媒
とした装置を用いるのが好ましいが、一般的に都市ガス
を燃料とした燃料電池設備で用いられる脱硫器や改質器
が用いられる。また、燃料電池本体は、開発も進み数多
く実用化されているリン酸型燃料電池が用いられるが、
開発途上にある溶融炭酸塩型燃料電池や固体電解質型燃
料電池でも使用が可能である。
ケルなどを脱硫剤とした乾式脱硫装置を用いるのが好ま
しく、また、改質器としては、ニッケル触媒などを触媒
とした装置を用いるのが好ましいが、一般的に都市ガス
を燃料とした燃料電池設備で用いられる脱硫器や改質器
が用いられる。また、燃料電池本体は、開発も進み数多
く実用化されているリン酸型燃料電池が用いられるが、
開発途上にある溶融炭酸塩型燃料電池や固体電解質型燃
料電池でも使用が可能である。
【００１９】５は第１段ガス分離膜装置２の前段に設け
られ、消化ガス中の硫化水素を除去する脱硫装置であ
り、アルカリ溶液で吸収する湿式脱硫装置や活性炭を用
いて吸着除去、酸化鉄粒子を用いて反応除去する乾式脱
硫装置などが用いられる。６は消化ガスを加圧して第１
段ガス分離膜装置２に供給するコンプレッサ−である。
また、７は第２段ガス分離膜装置３の透過側３ｂを減圧
し、透過した高濃度二酸化炭素ガスを取り出す減圧ポン
プである。
られ、消化ガス中の硫化水素を除去する脱硫装置であ
り、アルカリ溶液で吸収する湿式脱硫装置や活性炭を用
いて吸着除去、酸化鉄粒子を用いて反応除去する乾式脱
硫装置などが用いられる。６は消化ガスを加圧して第１
段ガス分離膜装置２に供給するコンプレッサ−である。
また、７は第２段ガス分離膜装置３の透過側３ｂを減圧
し、透過した高濃度二酸化炭素ガスを取り出す減圧ポン
プである。
【００２０】次に有機性汚泥を消化処理し、得られた消
化ガスを燃料電池用の燃料ガスとして利用する作用につ
いて述べる。有機性汚泥は汚泥／汚泥熱交換器１２で消
化処理されて排出される消化汚泥と熱交換して加熱さ
れ、消化槽１に供給される。消化槽１に供給された有機
性汚泥はガス攪拌装置１１での消化ガスの循環により均
一攪拌されながら、嫌気性菌の生物作用で有機物が分解
される。
化ガスを燃料電池用の燃料ガスとして利用する作用につ
いて述べる。有機性汚泥は汚泥／汚泥熱交換器１２で消
化処理されて排出される消化汚泥と熱交換して加熱さ
れ、消化槽１に供給される。消化槽１に供給された有機
性汚泥はガス攪拌装置１１での消化ガスの循環により均
一攪拌されながら、嫌気性菌の生物作用で有機物が分解
される。
【００２１】有機物が生物作用で分解されることによ
り、メタンが６０〜７０％、二酸化炭素が３０〜４０％
含有した消化ガスが発生する。尚、硫黄化合物を含有す
る有機物にあっては硫化水素が生成して一部が消化ガス
中に混入し、また、窒素化合物を含有する場合にはアン
モニアが生成するが、アンモニアは水に対する溶解度が
高く、他の溶解イオンと化合しやすいため、消化液中に
溶解して存在する。
り、メタンが６０〜７０％、二酸化炭素が３０〜４０％
含有した消化ガスが発生する。尚、硫黄化合物を含有す
る有機物にあっては硫化水素が生成して一部が消化ガス
中に混入し、また、窒素化合物を含有する場合にはアン
モニアが生成するが、アンモニアは水に対する溶解度が
高く、他の溶解イオンと化合しやすいため、消化液中に
溶解して存在する。
【００２２】生物作用で消化処理して増殖した嫌気性菌
などの固形分は、消化液と共に消化汚泥として系外に排
出され、図示しない汚泥処理装置で処理される。また、
消化槽１での消化処理は、一般的に消化槽温度が３０〜
６０℃の範囲で行われ、温度が高い程消化効率が高くな
るため、温度の低い時期などには加熱する必要があり、
その熱源としては、燃料電池設備４から排出される高温
ガスの熱量を後記の回収設備で回収した熱が用いられ、
汚泥／温水熱交換器１３で熱交換により供給される。
などの固形分は、消化液と共に消化汚泥として系外に排
出され、図示しない汚泥処理装置で処理される。また、
消化槽１での消化処理は、一般的に消化槽温度が３０〜
６０℃の範囲で行われ、温度が高い程消化効率が高くな
るため、温度の低い時期などには加熱する必要があり、
その熱源としては、燃料電池設備４から排出される高温
ガスの熱量を後記の回収設備で回収した熱が用いられ、
汚泥／温水熱交換器１３で熱交換により供給される。
【００２３】消化槽１で発生した消化ガスは、脱硫器５
で硫化水素が除去され、コンプレッサ−６で加圧されて
第１段ガス分離膜装置２に供給される。尚、消化ガスの
加圧圧力は、２〜１０Ｋｇ／ｃｍ2 Ｇに調整されるのが
好ましい。
で硫化水素が除去され、コンプレッサ−６で加圧されて
第１段ガス分離膜装置２に供給される。尚、消化ガスの
加圧圧力は、２〜１０Ｋｇ／ｃｍ2 Ｇに調整されるのが
好ましい。
【００２４】第１段ガス分離膜装置２に供給された消化
ガスは、主に二酸化炭素がガス分離膜を透過し、透過側
２ｂに二酸化炭素濃縮ガスが得られ、非透過側２ａに高
濃度メタンガスが得られる。尚、透過側２ｂに得られる
二酸化炭素濃縮ガスは、二酸化炭素が７０〜８０％、メ
タンが２０〜３０％含有され、非透過側２ａに得られる
高濃度メタンガスは、メタンが８５〜９５％、二酸化炭
素が５〜１５％含有されている。
ガスは、主に二酸化炭素がガス分離膜を透過し、透過側
２ｂに二酸化炭素濃縮ガスが得られ、非透過側２ａに高
濃度メタンガスが得られる。尚、透過側２ｂに得られる
二酸化炭素濃縮ガスは、二酸化炭素が７０〜８０％、メ
タンが２０〜３０％含有され、非透過側２ａに得られる
高濃度メタンガスは、メタンが８５〜９５％、二酸化炭
素が５〜１５％含有されている。
【００２５】第１段ガス分離膜装置２の透過側２ｂに得
られた二酸化炭素濃縮ガスを第２段ガス分離膜装置３に
供給して透過側３ｂを減圧ポンプ７で減圧することによ
り、第１段ガス分離膜装置２と同様に二酸化炭素がガス
分離膜を透過し、透過側３ｂに更に二酸化炭素が濃縮さ
れた高濃度二酸化炭素ガスが得られ、非透過側３ａに第
１段ガス分離膜装置２でガス分離膜を透過した一部のメ
タンが濃縮したメタン濃縮ガスが得られる。前記第２段
ガス分離膜装置３の透過側３ｂは、減圧ポンプ７で１０
０〜３００Torrに減圧されるのが好ましい。尚、得られ
る高濃度二酸化炭素ガスは、二酸化炭素が９０〜９９
％、メタンが１〜１０％含有され、非透過側３ａに得ら
れるメタン濃縮ガスは、メタンが５５〜７０％、二酸化
炭素が３０〜４５％含有されている。
られた二酸化炭素濃縮ガスを第２段ガス分離膜装置３に
供給して透過側３ｂを減圧ポンプ７で減圧することによ
り、第１段ガス分離膜装置２と同様に二酸化炭素がガス
分離膜を透過し、透過側３ｂに更に二酸化炭素が濃縮さ
れた高濃度二酸化炭素ガスが得られ、非透過側３ａに第
１段ガス分離膜装置２でガス分離膜を透過した一部のメ
タンが濃縮したメタン濃縮ガスが得られる。前記第２段
ガス分離膜装置３の透過側３ｂは、減圧ポンプ７で１０
０〜３００Torrに減圧されるのが好ましい。尚、得られ
る高濃度二酸化炭素ガスは、二酸化炭素が９０〜９９
％、メタンが１〜１０％含有され、非透過側３ａに得ら
れるメタン濃縮ガスは、メタンが５５〜７０％、二酸化
炭素が３０〜４５％含有されている。
【００２６】前記において、第２段ガス分離膜装置３の
透過側３ｂを減圧する他に、第２段ガス分離膜装置３に
供給される二酸化炭素濃縮ガスを２〜１０Ｋｇ／ｃｍ2
Ｇに加圧して供給し、透過側３ｂに更に二酸化炭素が濃
縮された高濃度二酸化炭素ガスを得るようにしてもよ
く、また、前記減圧と加圧とを併用してもよい。
透過側３ｂを減圧する他に、第２段ガス分離膜装置３に
供給される二酸化炭素濃縮ガスを２〜１０Ｋｇ／ｃｍ2
Ｇに加圧して供給し、透過側３ｂに更に二酸化炭素が濃
縮された高濃度二酸化炭素ガスを得るようにしてもよ
く、また、前記減圧と加圧とを併用してもよい。
【００２７】前記作用により、第２段ガス分離膜装置３
の非透過側３ａのメタン濃縮ガスを第１段ガス分離膜装
置２の前段の消化ガスに循環することにより、残存する
メタンを余剰ガスとして廃棄することなく第１段ガス分
離膜装置２で回収することができメタンの回収率を向上
させることができる。
の非透過側３ａのメタン濃縮ガスを第１段ガス分離膜装
置２の前段の消化ガスに循環することにより、残存する
メタンを余剰ガスとして廃棄することなく第１段ガス分
離膜装置２で回収することができメタンの回収率を向上
させることができる。
【００２８】前記第１段ガス分離膜装置２の非透過側２
ａに得られた高濃度メタンガスはメタンが充分に濃縮さ
れているため、一旦高濃度メタンガスタンク１８に貯蔵
された後、供給流量を制御されて、効率的な燃料ガスと
して燃料電池設備４に供給され、供給された高濃度メタ
ンガスは、燃料電池本体の前段に設けられた脱硫器で微
量に含有されている硫化水素が吸着分離され、改質器で
高濃度メタンガス中のメタンを水素に改質し、燃料電池
本体に供給される。
ａに得られた高濃度メタンガスはメタンが充分に濃縮さ
れているため、一旦高濃度メタンガスタンク１８に貯蔵
された後、供給流量を制御されて、効率的な燃料ガスと
して燃料電池設備４に供給され、供給された高濃度メタ
ンガスは、燃料電池本体の前段に設けられた脱硫器で微
量に含有されている硫化水素が吸着分離され、改質器で
高濃度メタンガス中のメタンを水素に改質し、燃料電池
本体に供給される。
【００２９】前記第２段ガス分離膜装置３の透過側３ｂ
に得られた高濃度二酸化炭素ガスは、一旦高濃度二酸化
炭素ガスタンク１９に貯蔵されたのち、余剰ガスとして
余剰ガス燃焼装置２０で燃焼して大気中に排出される
が、一部を消化槽１に循環して消化槽１内の二酸化炭素
濃度を調整でき、メタン発酵を促進させメタン生成量を
より多くすることが可能となり、メタンの回収量の向上
が図られる。
に得られた高濃度二酸化炭素ガスは、一旦高濃度二酸化
炭素ガスタンク１９に貯蔵されたのち、余剰ガスとして
余剰ガス燃焼装置２０で燃焼して大気中に排出される
が、一部を消化槽１に循環して消化槽１内の二酸化炭素
濃度を調整でき、メタン発酵を促進させメタン生成量を
より多くすることが可能となり、メタンの回収量の向上
が図られる。
【００３０】燃料電池設備４から排出される排ガスは温
度が高いため、次の熱回収設備で熱回収が図られる。熱
回収設備は、低温水槽１７からの低温水と燃料電池設備
４からの排ガスとをガス／液熱交換器１４で熱交換させ
ることにより、排ガスの熱量が温水で回収される。加熱
された温水は温水ボイラ１５で更に加熱され、高温水槽
１６に供給される。
度が高いため、次の熱回収設備で熱回収が図られる。熱
回収設備は、低温水槽１７からの低温水と燃料電池設備
４からの排ガスとをガス／液熱交換器１４で熱交換させ
ることにより、排ガスの熱量が温水で回収される。加熱
された温水は温水ボイラ１５で更に加熱され、高温水槽
１６に供給される。
【００３１】高温水槽１６の高温温水と消化槽１内の消
化汚泥とを汚泥／温水熱交換器１３で熱交換することに
より、消化槽汚泥を所定の温度に加熱し、温度の低下し
た熱交換後の高温温水は、低温水槽１７に循環されて、
熱回収循環が行われる。
化汚泥とを汚泥／温水熱交換器１３で熱交換することに
より、消化槽汚泥を所定の温度に加熱し、温度の低下し
た熱交換後の高温温水は、低温水槽１７に循環されて、
熱回収循環が行われる。
【００３２】
【実施例】次に、下水汚泥を消化処理して得られた消化
ガスを、本発明の設備を用いて実施した実施例と特開平
９−９７６２２号に記載された従来の設備を用いて実施
した比較例により、本発明を更に説明する。
ガスを、本発明の設備を用いて実施した実施例と特開平
９−９７６２２号に記載された従来の設備を用いて実施
した比較例により、本発明を更に説明する。
【００３３】（実施例１）第２段ガス分離膜装置の透過
側に得られた高濃度二酸化炭素ガスを消化槽に循環しな
い設備を用いた。使用した消化ガスは、流量：９３８６
Ｎｍ3 ／Ｄ、ＣＨ4 ：６３．０％、ＣＯ2 ：３７．０％
であった。結果、燃料電池設備に供給される第１段ガス
分離膜装置の非透過側に得られた高濃度メタンガスは、
流量：６４３２Ｎｍ3 ／Ｄ、ＣＨ4 ：９０．０％、ＣＯ
2 ：１０．０％であり、メタンの回収率は９７．９％で
あった。
側に得られた高濃度二酸化炭素ガスを消化槽に循環しな
い設備を用いた。使用した消化ガスは、流量：９３８６
Ｎｍ3 ／Ｄ、ＣＨ4 ：６３．０％、ＣＯ2 ：３７．０％
であった。結果、燃料電池設備に供給される第１段ガス
分離膜装置の非透過側に得られた高濃度メタンガスは、
流量：６４３２Ｎｍ3 ／Ｄ、ＣＨ4 ：９０．０％、ＣＯ
2 ：１０．０％であり、メタンの回収率は９７．９％で
あった。
【００３４】（実施例２）第２段ガス分離膜装置の透過
側に得られた高濃度二酸化炭素ガスの一部を消化槽に循
環する設備を用いた。使用した消化ガスは、流量：１０
１４７Ｎｍ3 ／Ｄ、ＣＨ4 ：６０．０％、ＣＯ2 ：４
０．０％であった。結果、燃料電池設備に供給される第
１段ガス分離膜装置の非透過側に得られた高濃度メタン
ガスは、流量：６６１６Ｎｍ3 ／Ｄ、ＣＨ4 ：９０．０
％、ＣＯ2 ：１０．０％であり、メタンの回収率は９
７．８％であった。
側に得られた高濃度二酸化炭素ガスの一部を消化槽に循
環する設備を用いた。使用した消化ガスは、流量：１０
１４７Ｎｍ3 ／Ｄ、ＣＨ4 ：６０．０％、ＣＯ2 ：４
０．０％であった。結果、燃料電池設備に供給される第
１段ガス分離膜装置の非透過側に得られた高濃度メタン
ガスは、流量：６６１６Ｎｍ3 ／Ｄ、ＣＨ4 ：９０．０
％、ＣＯ2 ：１０．０％であり、メタンの回収率は９
７．８％であった。
【００３５】（比較例１）ガス分離膜装置を１段で行う
設備を用いた。使用した消化ガスは、流量：９３８６Ｎ
ｍ3 ／Ｄ、ＣＨ4 ：６３．０％、ＣＯ2 ：３７．０％で
あった。結果、燃料電池設備に供給される第１段ガス分
離膜装置の非透過側に得られた高濃度メタンガスは、流
量：５４７２Ｎｍ3 ／Ｄ、ＣＨ4 ：９０．０％、Ｃ
Ｏ2 ：１０．０％であり、メタンの回収率は８３．３％
であった。
設備を用いた。使用した消化ガスは、流量：９３８６Ｎ
ｍ3 ／Ｄ、ＣＨ4 ：６３．０％、ＣＯ2 ：３７．０％で
あった。結果、燃料電池設備に供給される第１段ガス分
離膜装置の非透過側に得られた高濃度メタンガスは、流
量：５４７２Ｎｍ3 ／Ｄ、ＣＨ4 ：９０．０％、Ｃ
Ｏ2 ：１０．０％であり、メタンの回収率は８３．３％
であった。
【００３６】（比較例２）ガス分離膜装置を２段で行
い、１段目の透過側に得られた二酸化炭素濃縮ガスの一
部を消化槽に循環する設備を用いた。使用した消化ガス
は、流量：１２５６６Ｎｍ3 ／Ｄ、ＣＨ4 ：５１．３
％、ＣＯ2 ：４８．７％であった。結果、燃料電池設備
に供給される第１段ガス分離膜装置の非透過側に得られ
た高濃度メタンガスは、流量：５５７５Ｎｍ3 ／Ｄ、Ｃ
Ｈ4 ：９０．０％、ＣＯ2 ：１０．０％であり、メタン
の回収率は７７．９％であった。
い、１段目の透過側に得られた二酸化炭素濃縮ガスの一
部を消化槽に循環する設備を用いた。使用した消化ガス
は、流量：１２５６６Ｎｍ3 ／Ｄ、ＣＨ4 ：５１．３
％、ＣＯ2 ：４８．７％であった。結果、燃料電池設備
に供給される第１段ガス分離膜装置の非透過側に得られ
た高濃度メタンガスは、流量：５５７５Ｎｍ3 ／Ｄ、Ｃ
Ｈ4 ：９０．０％、ＣＯ2 ：１０．０％であり、メタン
の回収率は７７．９％であった。
【００３７】（比較例３）ガス分離膜装置を２段で行
い、２段目の透過側に得られた希薄メタンガスの一部を
消化槽に循環する設備を用いた。使用した消化ガスは、
流量：１１５０７Ｎｍ3 ／Ｄ、ＣＨ4 ：５８．９％、Ｃ
Ｏ2 ：４１．１％であった。結果、燃料電池設備に供給
される第１段ガス分離膜装置の非透過側に得られた高濃
度メタンガスは、流量：６００６Ｎｍ3 ／Ｄ、ＣＨ4 ：
９０．０％、ＣＯ2 ：１０．０％であり、メタンの回収
率は９１．４％であった。
い、２段目の透過側に得られた希薄メタンガスの一部を
消化槽に循環する設備を用いた。使用した消化ガスは、
流量：１１５０７Ｎｍ3 ／Ｄ、ＣＨ4 ：５８．９％、Ｃ
Ｏ2 ：４１．１％であった。結果、燃料電池設備に供給
される第１段ガス分離膜装置の非透過側に得られた高濃
度メタンガスは、流量：６００６Ｎｍ3 ／Ｄ、ＣＨ4 ：
９０．０％、ＣＯ2 ：１０．０％であり、メタンの回収
率は９１．４％であった。
【００３８】前記の結果から明確なように、本発明に設
備と比較例の設備とを比較すると、本発明の設備ではメ
タンの回収率が格段に向上し、また、燃料電池設備に供
給される燃料ガスの高濃度メタンガス量も多くなること
が判る。尚、燃料電池設備に供給される高濃度メタンガ
ス中のメタン濃度は、８５〜９５％あれば効率的な性能
を発揮することができるが、本発明の設備で得られる９
５％以上の濃度では、より一層効率的な性能を発揮する
ことができる。
備と比較例の設備とを比較すると、本発明の設備ではメ
タンの回収率が格段に向上し、また、燃料電池設備に供
給される燃料ガスの高濃度メタンガス量も多くなること
が判る。尚、燃料電池設備に供給される高濃度メタンガ
ス中のメタン濃度は、８５〜９５％あれば効率的な性能
を発揮することができるが、本発明の設備で得られる９
５％以上の濃度では、より一層効率的な性能を発揮する
ことができる。
【００３９】
【発明の効果】本発明は、消化ガス中のメタンをガス分
離膜で濃縮して燃料電池設備に供給する従来の設備を改
良することによって、メタンの回収率を高めると共に燃
料電池用に供給される燃料ガス量を増加することがで
き、燃料電池設備の経済的効果を向上させることができ
る。
離膜で濃縮して燃料電池設備に供給する従来の設備を改
良することによって、メタンの回収率を高めると共に燃
料電池用に供給される燃料ガス量を増加することがで
き、燃料電池設備の経済的効果を向上させることができ
る。
【図１】本発明の一実施の形態の系統図
【図２】従来設備の系統図
１：消化槽 ２：第１段ガス分離膜装置 ３：第２段ガス分離膜装置 ４：燃料電池設備 ５：脱硫装置 ６：コンプレッサ− ７：減圧ポンプ １１：ガス攪拌装置 １２：汚泥／汚泥熱交換器 １３：汚泥／温水熱交換器 １４：ガス／液熱交換器 １５：温水ボイラ １６：高温水槽 １７：低温水槽 １８：高濃度メタンガスタンク １９：高濃度二酸化炭素ガスタンク ２０：余剰ガス燃焼装置
Claims (3)
- 【請求項１】 有機性廃棄物を嫌気性微生物を用いてメ
タン発酵処理する消化槽と、消化槽で発生した消化ガス
を透過側に二酸化炭素濃縮ガスと非透過側に高濃度メタ
ンガスとに分離する第１段ガス分離膜装置と、透過側の
二酸化炭素濃縮ガスを透過側に高濃度二酸化炭素ガスと
非透過側にメタン濃縮ガスとに分離する第２段ガス分離
膜装置とを設け、第２段ガス分離膜装置の非透過側のメ
タン濃縮ガスを第１段ガス分離膜装置の前段の消化ガス
に循環し、第１段ガス分離膜装置の非透過側の高濃度メ
タンガスを燃料ガスとする燃料電池を備えたことを特徴
とする消化ガス利用燃料電池設備。 - 【請求項２】 第２段ガス分離膜装置の透過側の高濃度
二酸化炭素ガスの一部を消化槽に循環することを特徴と
する請求項１記載の消化ガス利用燃料電池設備。 - 【請求項３】 第１段ガス分離膜装置の前段に硫化水素
を除去する脱硫装置を設けたことを特徴とする請求項１
又は請求項２記載の消化ガス利用燃料電池設備。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16490497A JP3938223B2 (ja) | 1997-06-09 | 1997-06-09 | 消化ガス利用燃料電池設備 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16490497A JP3938223B2 (ja) | 1997-06-09 | 1997-06-09 | 消化ガス利用燃料電池設備 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH113723A true JPH113723A (ja) | 1999-01-06 |
| JP3938223B2 JP3938223B2 (ja) | 2007-06-27 |
Family
ID=15802083
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16490497A Expired - Fee Related JP3938223B2 (ja) | 1997-06-09 | 1997-06-09 | 消化ガス利用燃料電池設備 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3938223B2 (ja) |
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001276880A (ja) * | 2000-03-31 | 2001-10-09 | Ataka Construction & Engineering Co Ltd | 廃棄物処理方法およびその装置 |
| JP2003225636A (ja) * | 2002-02-04 | 2003-08-12 | Kenji Kida | 有機廃棄物の処理装置 |
| JP2004192824A (ja) * | 2002-12-06 | 2004-07-08 | Chubu Electric Power Co Inc | 燃料電池・メタン発酵サイクルシステム |
| JP2005144280A (ja) * | 2003-11-13 | 2005-06-09 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | メタン発酵処理方法 |
| JP2005330334A (ja) * | 2004-05-18 | 2005-12-02 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | 燃料電池発電装置用の燃料ガス供給装置 |
| JP2006116381A (ja) * | 2004-10-19 | 2006-05-11 | Kazuaki Tamatsubo | 有機性排水のメタン発酵処理方法および装置 |
| JP2009066513A (ja) * | 2007-09-12 | 2009-04-02 | Obihiro Univ Of Agriculture & Veterinary Medicine | メタン発酵方法 |
| JP2013095726A (ja) * | 2011-11-03 | 2013-05-20 | Toho Gas Co Ltd | バイオガスのメタン濃縮方法及びメタン濃縮装置 |
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| JP2016519998A (ja) * | 2013-05-10 | 2016-07-11 | アーストロマ カンパニー リミテッド | シリコーン分離膜を利用した二酸化炭素分離装置及びその製造方法 |
| JP2017159216A (ja) * | 2016-03-08 | 2017-09-14 | 株式会社東芝 | 汚泥処理システム |
| US9847543B2 (en) | 2013-03-06 | 2017-12-19 | Fuelcell Energy, Inc. | Fuel cell system having biogas desulfurizer assembly with manganese oxide desulfurizer material |
| JP2018060732A (ja) * | 2016-10-07 | 2018-04-12 | 東京瓦斯株式会社 | 発電システム |
| JP2022502241A (ja) * | 2018-10-02 | 2022-01-11 | エボニック ファイバース ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングEvonik Fibres GmbH | メタン、二酸化炭素および硫化水素を含有するガス混合物からメタンを分離するための装置および方法 |
| RU210722U1 (ru) * | 2022-01-12 | 2022-04-28 | Борис Семенович Ксенофонтов | Экоэнергокомбайн |
-
1997
- 1997-06-09 JP JP16490497A patent/JP3938223B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| US9937464B2 (en) | 2013-05-10 | 2018-04-10 | Arstroma Co., Ltd. | Device for separating carbon dioxide using silicone separation film and method for manufacturing same |
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