WO2007116908A1

WO2007116908A1 - メタン分離方法、メタン分離装置及びメタン利用システム

Info

Publication number: WO2007116908A1
Application number: PCT/JP2007/057564
Authority: WO
Inventors: Takafumi Tomioka; Toshiyuki Abe; Toru Sakai; Hiroshi Mano; Kazuhiro Okabe
Original assignee: Taiyo Nippon Sanso Corporation; Research Institute Of Innovative Technology For The Earth
Priority date: 2006-04-04
Filing date: 2007-04-04
Publication date: 2007-10-18
Also published as: EP2009080A1; EP2009080A4; CN101415803A; CN101415803B; US20140088335A1; US20090156875A1

Abstract

　本発明のメタン分離方法は、二酸化炭素を吸収する吸収液と前記バイオガスとを混合器により混合して、気液混相状態の混合液を生成する工程と、前記混合液を第１気液分離器に導入して、メタンと、前記吸収液が二酸化炭素を吸収してなるＣＯ２吸収液とに気液分離する工程と、前記第１気液分離器において分離したメタンを回収する工程と、複数の中空糸状透過膜を容器内に組み込んだ膜モジュールの供給口より前記透過膜の内側に前記ＣＯ２吸収液を供給して前記透過膜を透過させるとともに、前記透過膜の外側の圧力を前記透過膜の内側より低圧にすることにより、前記ＣＯ２吸収液中の二酸化炭素を前記透過膜の外側に放散させて二酸化炭素を分離し、かつ二酸化炭素が分離された前記ＣＯ２吸収液を前記吸収液として回収する工程とを少なくとも有する。

Description

メタン分離方法、メタン分離装置及びメタン利用システム

技術分野

[0001] 本発明は、メタンを主成分とする地中から産する生物の嫌気性発酵により生成した天然ガス、産業用ならびに家庭用廃棄物の地中埋蔵により自然と嫌気性発酵し産出する地中発酵ガス、又は人工的に発生させた嫌気性発酵プロセスから排出される人工発酵ガス等のバイオガスからメタンを分離するメタン分離方法、それを行うメタン分離装置、及びそのメタンをエネルギー巿場に供給できるメタン利用システムに関する本願は、 2006年 4月 4曰に曰本国に出願された特願 2006— 103665号に基づく優先権を主張し、その内容をここに援用する。

背景技術

[0002] 地中より産する生物の嫌気性発酵により生成した天然ガス、産業用並びに家庭用廃棄物の地中埋蔵により自然と嫌気性発酵し産出するガス、又は人工的に発生させた嫌気性発酵プロセスカゝら排出されるガス、コータス製造時に発生する COGガス等のような、メタンを主成分として構成されているガスにおいては、熱エネルギー源とならない多量の二酸ィ匕炭素、水分が含まれる場合がある。これらのガスを良質な熱エネルギ一源並びに燃料とするためには、混合ガス中に含まれる燃料となりえな、二酸化炭素や水分などを取り除き、メタンの純度を上げる必要がある。

[0003] これらの混合ガス力特定ガス成分の純度を上げるための手法として、混合ガスを低温条件下で蒸留分離する深冷分離法、化学吸収法、ガス分離膜による乾式膜分離法、 PSA法 (圧力スイング吸着法)、膜 ·吸収ハイブリッド法等が知られている。深冷分離法にぉ、ては分離プロセスに熱の出入りを伴、、効率的に純度の高、メタンを得ようとすると装置が複雑かつ大型化することになり、経済的に好ましくない。

[0004] また、従来の化学吸収法では、吸収液に分離対象ガスを吸収する吸収塔と吸収液から分離成分ガスを放散する再生塔を備え、吸収液は吸収塔と再生塔の間で循環して連続的に分離対象ガスを分離するため、吸収液と対象ガスを効率良く接触させるための吸収塔、放散のための大きな加熱エネルギーによりガス分離の初期コストと運転コストが高くなる問題があった。また、水に二酸ィ匕炭素が溶ける作用を利用した高圧水による炭酸吸収法なるものもあるが、バイオガスを精製するためには大量の水を必要とする問題があった。

[0005] 一方、乾式膜分離法や PSA法では、その分離プロセスに熱の出入りを伴わず、低エネルギーで分離でき、また常温操作が可能であるほか、構成がシンプルで装置の小型化が可能である利点がある。前者の乾式膜分離法においては膜中の透過速度の差を利用するため、純度の高いメタンを得るためには膜モジュールの段数を増やす必要があり、コスト高になる問題があった。後者の PSA法は、特許文献 1及び 2に示されているように、活性炭、天然ないし合成ゼォライト、シリカゲル及び活性アルミナ、 MSC (モレキュラーシービングカーボン)等を、二酸ィ匕炭素を吸着し易い吸着剤として用いて、吸着量が圧力及び温度により差があることを利用している。

[0006] し力し、 PSA法においては、純度の高いメタンを得るためには、運転圧力範囲を一 90KPaG〜0. 7MPaGと広い範囲に取らなければならず、動力費が高くなる問題点がある、加えて純度の高いメタンを得るためには回収率を犠牲にする必要があり、それに伴ってメタンを含む排気ガスが多く発生し、可燃性であるメタンを安全に処理するために燃焼設備等が必要となり、分離コストが高くなる要因となる。また、メタンを安全に大気中に放出できたとしても、地球温暖化係数の高いメタンを大気放出することは、昨今の地球環境問題における関心の高まりの中で大きな障害となる。

[0007] そこで、最近、膜分離法と化学吸収法が同時に混在した形態で相乗効果を狙った膜-吸収ハイブリッド法が注目され、研究されて、る（特許文献 3及び非特許文献 1参照)。この方法では、膜の一方に二酸化炭素 (CO )を含むガスと吸収液を供給して

2

二酸ィ匕炭素を吸収液に吸収させて膜中を通し、他方を減圧することにより膜通過した吸収液から二酸化炭素が放散される。

[0008] このため、不要な二酸ィ匕炭素のみを吸収液に選択的に分離するため可燃成分力分離することが可能となり、燃料成分であるメタンの回収率を向上させることができる。また、排気ガス中に可燃成分がないことにより、排気ガス処理用に燃焼設備等を設ける必要が無ぐ極めて低コストで排気ガスを処理できる利点がある。しかも、この方法によれば、二酸化炭素を吸収する反応が発熱反応であり、二酸化炭素を放散するのが吸熱反応であることにより、膜の内部と外部で熱の移動がうまく起こる。よって、吸収と放散のプロセスを熱収支のバランスをとりながら極めて効率よく二酸ィ匕炭素を分離することが可能となる。更に、吸収液を循環させて再利用することによって連続的なメタンの分離を行える。従って、膜 ·吸収ハイブリッド法をバイオガスに適用することにより、従来の吸収法、乾式膜法、 PSA法よりも低運転コストで純度の高いメタンをノィォガス力も分離することが可能となる。

[0009] ところが、従来の膜 ·吸収ハイブリッド法をバイオガスに適用する場合においては、例えば膜モジュールに、吸収液とともに、二酸ィ匕炭素とメタン等の分離ガスとを含む被分離対象ガスを供給するので、透過膜内にて吸収液に溶解しなヽメタンと吸収液の気液混相状態が発生し、メタン分離効率が低下するといつた問題があった。また、ノィォガスに高濃度の二酸ィ匕炭素が含有されているため、膜モジュールの透過膜を透過した吸収液に吸収された二酸ィ匕炭素の放散が十分でなぐ吸収液が不十分な再生状態で吸収液循環系に戻ってしま、、メタン分離精製効率が低下すると、つた問題もあった。

[0010] 特許文献 1 :特開 2001— 293340

特許文献 2：特開 2003 - 204853

特許文献 3：特開 2005 - 270814

特干文献 1 : MasaaKi reramoto, Nobuaki Ohnishi, Nao Takeuchi, Satoru Kitada, Hideto Matsuyama, Norifumi Matsumiya, Hirosni Mano: "Separation and enrichment of carbon dioxide by capillary membrance module with permeation of carrier solutio n ； Separation and Purification Technology 30 (2003) 215-227

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0011] 従って、本発明の目的は、主成分がメタンで、高濃度の二酸化炭素を含有するバイォガスからメタンを高効率に分離精製可能なメタン分離方法、それを行うメタン分離装置、及び既存の石油等の化石燃料と同様に、メタンをエネルギー巿場に供給可能なメタン利用システムを提供することである。課題を解決するための手段

[0012] 本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明に係るメタン分離方法及びメタン分離装置においては、成分としてメタンと二酸ィ匕炭素を含むバイオガスからメタンを下記の工程により分離することを特徴とする。

即ち、本発明の第 1の形態は、

二酸ィ匕炭素を吸収する吸収液と前記バイオガスとを混合器により混合して、気液混相状態の混合液を生成する工程と、

前記混合液を第 1気液分離器に導入して、メタンと、前記吸収液が二酸化炭素を吸収してなる CO吸収液とに気液分離する工程と、

2

前記第 1気液分離器において分離したメタンを回収する工程と、

複数の中空糸状透過膜を容器内に組み込んだ膜モジュールの供給口より前記透過膜の内側に前記 CO吸収液を供給して前記透過膜を透過させるとともに、前記透

2

過膜の外側の圧力を前記透過膜の内側より低圧にすることにより、前記 CO吸収液

2 中の二酸化炭素を前記透過膜の外側に放散させて二酸化炭素を分離し、かつ二酸化炭素が分離された前記 CO吸収液を前記吸収液として回収する工程とを少なくと

2

も有するメタン分離方法、及び前記分離方法を行うメタン分離装置である。本形態において、膜モジュールの排出ロカ導出させる過剰 CO吸収液流量は極限までゼロ

2

に近づけることが好ましい。

[0013] 本発明の第 2の形態は、

前記膜モジュールの排出ロカ導出された過剰の CO吸収液を第 2気液分離器に

2

導入して、微量のメタンと過剰 CO吸収液に気液分離する工程と、

2

前記第 2気液分離器において分離したメタンを回収する工程と、

前記過剰 CO吸収液を回収する工程とをさらに有するメタン分離方法、及び前記

2

分離方法を行なうメタン分離装置である。第 1形態の第 1気液分離器で殆んどのメタンが分離されるが、微量のメタン力CO吸収液に残留する場合には、前記膜モジュ

2

ールの排出ロカ排出される過剰の CO吸収液を第 2気液分離器に導入し、第 2気

2

液分離器によりメタンを分離 ·回収するとともに、過剰 CO

2吸収液を回収する構成である。 [0014] 本発明の第 3の形態は、前記膜モジュールにおける透過膜の充填密度が 30%以下であるメタン分離方法及びメタン分離装置である。本形態において、好ましくは前記充填密度が 20%以下である。なお、本発明で膜モジュールにおける透過膜の充填密度とは、膜モジュールの断面における透過膜、例えば中空糸状多孔膜の面積占有率のことであり、中空糸状透過膜の中空部分も占有面積に含まれる。

なお、透過膜の充填密度の下限値は 5%である。

[0015] 本発明の第 4の形態は、前記膜モジュール中の透過膜が小束状に分割されて配置され、各々の小束は密集しない空間を保って配置され、全体としての充填密度が 30 %以下であるメタン分離方法及びメタン分離装置である。

[0016] 本発明の第 5の形態は、前記混合器が、前記第 1気液分離器の導入口に連通する流通路に設けられたェジェクタ一を備え、前記流通路内に前記吸収液の流れを形成することにより負圧を発生させ、前記バイオガスを前記吸収液に吸引させて前記混合液を生成し、前記吸収液に二酸化炭素を効率的に吸収させるメタン分離方法及びメタン分離装置である。ェジェクタ一により吸収液中にバイオガスを強力に微細分散でき、二酸ィ匕炭素を効率的に吸収液に吸収させることができる。

[0017] 本発明の第 6の形態は、前記混合器が充填気泡塔をさらに備え、前記ェジェクタ一で生成した前記混合液を当該充填気泡塔に供給して、二酸化炭素の前記混合液への吸収をさらに促進させるメタン分離方法及びメタン分離装置である。充填気泡塔を直列させることにより一層に CO吸収を強化できる。

2

[0018] 本発明の第 7の形態は、前記吸収液がジ'エタノールァミンの水溶液であり、その濃度は 0. l〜6molZLであるメタン分離方法及びメタン分離装置である。本形態において、好ましくはジ 'エタノールァミンの水溶液濃度が 2〜4molZLである。

[0019] 本発明の第 8の形態は、前記膜モジュールにおける、前記透過膜を透過する前記 CO吸収液の透過流量が膜面積あたり 5〜50LZm² · minであるメタン分離方法及

2

びメタン分離装置である。本形態において、好ましくは、前記 CO吸収液の透過流量

2

が膜面積あたり 20〜40LZm² · minである。

[0020] 本発明の第 9の形態は、前記透過膜がポリエチレン力もなり、また本発明の第 10の形態は、前記透過膜の膜外面に親水性処理を施したメタン分離方法及びメタン分離装置である。

[0021] 本発明の第 11の形態は、

本発明に係るメタン分離装置と、メタン貯留槽と、メタン供給路とを備え、地中から産する生物の嫌気性発酵により生成した、メタンを主成分とする天然ガス、産業用及び家庭用廃棄物の地中埋蔵により自然と嫌気性発酵して産出する地中発酵ガス、並びに人工的に発生させた嫌気性発酵プロセスカゝら排出される人工発酵ガスカなる群力選ばれる少なくとも 1種の前記バイオガス力二酸ィ匕炭素を除去することにより、メタンを精製して貯留し、その貯留メタンを燃料として供給可能にしたメタン禾 IJ用システムである。

また、第 12の形態は、前記貯留メタンを燃料として発電する発電設備と、季節、稼動期間あるいは時間帯に応じて精製メタンの貯留量を調整する貯留制御手段とをさらに備え、前記発電設備によって発生される電力を外部に供給可能にしたメタン利用システムである。更に、第 13の形態は、前記メタン精製の際に同時に分離される二酸ィ匕炭素をハイブリッド供給可能にした二酸ィ匕炭素供給設備をさらに備えたメタン利用システムである。

発明の効果

[0022] 本発明の第 1の形態によれば、混合器で生成した気液混相状態の混合液を第 1気液分離器に導入して、分離したメタンを回収した後、膜モジュールの内側に CO吸

2 収液を供給して透過膜の外側の圧力を内側より低圧にする。これにより、二酸化炭素の分離が促進的に働くので、高濃度の二酸ィ匕炭素を含有するバイオガスからメタンを高効率に分離精製することができる。従って、本発明は、 PSA法、乾式膜分離法、化学吸収法等の既存装置と比較して、膜 ·吸収ハイブリッド法によって、動力負荷や膜モジュールコストの低減が可能となり、低分離コストでバイオガス分離'濃縮を行うことができる。第 1気液分離器だけでバイオガス中に含まれるメタンを殆んど回収できるから、メタン分離装置の装置構成の簡易化と価格低減が可能になる。また、膜モジュール排出ロカ溢れ出る過剰 CO吸収液流量を必要最小限まで少なくすれば、動

2

力負荷を削減できる。

前記混合器としては、バイオガスを吸収液中に微細気泡分散できる性能を有した各種の混合器が利用でき、具体的には、ェジェクタ一、ミキサー、曝気装置、充填材を充填した気液接触塔である気液並流の充填気泡塔などの単体混合器、又はそれらを二つ以上組合せた組合せ混合器が使用できる。

[0023] 本発明の第 2の形態によれば、前記膜モジュールの排出ロカ導出された過剰の前記 CO吸収液を第 2気液分離器に導入して、残留した微量メタンの再分離 ·回収

2

を行うから、更にメタン分離の向上が実現できる。

[0024] 本発明の第 3及び第 4の形態は、メタン分離性能の向上に寄与する。本発明者らの検証により、吸収液再生段階の二酸化炭素等の放散時に膜モジュールの過密が放散を妨げることが分力つた。即ち、膜モジュールにおける二酸ィ匕炭素の放散性能は透過膜の充填密度が影響する。市販の膜モジュールにおける中空糸状透過膜の充填密度は 30〜70%であり、隣接する透過膜との間隔が密着しすぎている。そのため、液流量が多くなると膜間が液膜で覆われ、中心側ほど減圧による二酸ィ匕炭素の放散効率が悪くなり、結果的に多くの膜面積が必要になり、コスト高の要因になる。一方、本発明の第 3の形態によれば、透過膜の充填密度が 30%以下 (好ましくは 2 0%以下)の疎密度であるため、二酸化炭素の放散性を高め、メタンを高効率に分離することができる。また、本発明の第 4の形態によれば、膜モジュール中の透過膜が小束状に分割されて配置され、各々の小束は密集しない空間を保って配置され、全体としての充填密度が 30%以下であるため、透過膜の充填密度を疎密して、二酸ィ匕炭素の放散性を高め、メタンを高効率に分離することができる。

[0025] 本発明の第 5の形態によれば、前記混合器として、少なくともェジヱクタ一が使用されるから、吸収液の急速絞りにより高速流化して強度の負圧が発生し、この負圧によりバイオガスを動力無しで自動的に吸収液に吸引することができる。し力も吸収液の内部で瞬時に微細な気泡が形成され、気液混相状態の混合液が効率的に生成される。その結果、気液接触表面積が大きくなり、従来と比較して短い接触時間と少ない吸収液量でバイオガス中の二酸ィ匕炭素を多量に吸収液に吸収することができる。このように、最適な気液混相状態の混合液を生成して気液分離させることができるとともに、バイオガスに含有されている高濃度の二酸ィ匕炭素を必要最小限の吸収液で吸収することができるので、吸収液を過剰に透過膜に流通させなくてすみ、メタン分離を高効率で行える。前記混合器をェジェクタ一だけで構成した場合には、装置構成の簡単化と価格低減'動力コスト低減を実現できる。勿論、ェジェクタ一に他の混合手段を付加することで、より効率的な混合 ·吸収を実現することができる。

[0026] 本発明の第 6の形態によれば、前記ェジェクタ一の後流側に、充填材を充填した気液接触塔である気液並流の充填気泡塔を直列に接続した 2段構成にするから、ェジタターで効率的に気液二相流を形成し、更に充填気泡塔により気液二相化を一層に促進できるから、二酸ィ匕炭素を吸収液にほぼ完全に吸収してメタンとの気体分離を確実ィ匕でき、第 1気液分離器だけでメタンをほぼ完全に分離回収することが可能になる。

[0027] 本発明の第 7の形態によれば、吸収液がジ'エタノールァミンの水溶液であり、その濃度は 0. l〜6molZL (好ましくは 2〜4molZL)であるので、二酸化炭素の吸収性及び放散性がよぐノィォガス力も高効率にメタンを分離精製することができる。

[0028] 本発明の第 8の形態はメタン濃度の向上に寄与する。本発明者らの検証によれば、透過膜を透過する CO吸収液の透過流量が所定値以上でなければ二酸化炭素の

2

放散効率が良くならない。従って、吸収液が不十分な再生状態でメタン分離装置内を循環して混合器に供給される。結果、当該混合器に供給されるノィォガス中の二酸ィ匕炭素を十分に吸収することができなくなる。即ち、第 1気液分離器において回収するガス中のメタン濃度が高くならない。

これに対し、本形態によれば、膜モジュールにおいて、透過膜を透過する CO吸収

2 液の透過流量が膜面積あたり 5〜50LZm²'min (好ましくは、 CO吸収液の透過流

2

量が膜面積あたり 20〜40LZm² · min)とすることによって二酸ィ匕炭素の放散性が良くなるので、精製メタン濃度を向上させることができる。

[0029] 本発明の第 9の形態によれば、透過膜がポリエチレン力もなるので、メタン分離精製の高効率処理が可能となる。即ち、透過膜として疎水性の PE (ポリエチレン)膜を用いること〖こより、従来の透過膜と比較して、分離選択性、透過速度及び長期安定性が向上し、例えば吸収液としてのジ*エタノールァミンに対する耐性、必要な吸収液の実質的な透過量及び経済性を格段に向上させることができる。また、 PE膜は疎水性であるために、装置停止時にお!ヽて膜モジュールを吸収液で充たして停止しなければ、装置立ち上げ時に透過膜外面の吸収液のぬれが悪ぐ分離効率が落ちるおそれがある。し力しながら、本発明の第 10の形態によれば、疎水性透過膜の外表面のみに化学的に親水性の処理を施したり、物理的処理によって吸収液との親和力を高める処理を行うことにより、装置起動時の分離効率の低下を解消することができる。

[0030] 本発明の第 11の形態に係るメタン利用システムによれば、本発明の高効率メタン分離方法に基づきメタンを精製して貯留し、その貯留メタンを燃料として供給可能にしたので、経済的に高濃度に分離されたメタンを供給できるメタン利用システムを実現することができる。また、第 12の形態によれば、精製メタンの貯留量を効率的に調整して、発電設備によって発生される電力を外部に安定供給可能にしたメタン利用システムを実現できる。更に、第 13の形態によれば、メタンの分離精製の際に副生物として生成される二酸ィ匕炭素を供給できるメタン利用システムを実現することができる図面の簡単な説明

[0031] [図 1]本発明に係る 1段気液分離方式のメタン分離装置の概略構成図である。

[図 2]混合器 5の概略構成図である。

[図 3]本発明に係る 2段気液分離方式のメタン分離装置の概略構成図である。

[図 4]別の実施形態であるバイオガス利用システムの概略構成図である。

[図 5]3種類の方式により二酸ィ匕炭素を吸収させた吸収液からメタン分離を実施して得られた濃縮メタン濃度の比較図である。

[図 6]実施例 1〜4における膜透過液流量と、メタン (CH )の収率及び分離濃度との

4

関係を調べた結果を示すグラフである。

[図 7]本実施形態に係るメタン分離装置における膜透過液流量と、メタン分離コストと、吸収液ポンプ動力との関係を示すグラフである。

符号の説明

[0032] 3, 9, 20, 31, 64, 65 :供給路、 5 :混合器、

5a :ェジクタ一、 5b :充填気泡塔、 6a :送出路

6 :流通路、 13 :排出路、 7 :第 1気液分離器、

8, 15, 18, 24, 25, 83 :回収路、 10 :膜モジュール、 11:透過膜、 12, 13a, 22:開閉バルブ、 14:第 2気液分離器、

19:吸収液貯留槽、 21:排気路、 23:排気ポンプ、

26:メタン回収部、 27:二酸ィ匕炭素回収部、 28:供給口、

29: 出口、 30:導入ポンプ、 32:ノズル、

50:膜，吸収ハイブリッド装置、 51:バイオガス発酵槽、

52, 61, 63:発電機、 53:貯湯槽、

54, 55, 58, 60, 62, 71, 74, 76, 78:流量調整器、

56, 72:液化器、 57:液化メタン貯留槽、

59, 75:外部供給路、 66, 70:供給ポンプ、

67:カロリー調整器、 68:ガス濃度計、 69:LPGタンク、

73:液ィ匕ニ酸ィ匕炭素貯留槽、 77, 79:ハウス栽培用施設、

80:電力線、 81, 82:中継器

発明を実施するための最良の形態

[0033] 以下に、本発明に係るメタン分離方法及びそれを用いたメタン分離装置の実施形態を図面に従って詳細に説明する。

[0034] 図 1は、膜'吸収ハイブリッド法を用いた 1段気液分離方式の実施形態であるメタン分離装置の概略構成を示す。このメタン分離装置は、成分としてメタンと二酸化炭素を含むバイオガスと、二酸ィ匕炭素を吸収する吸収液とを混合して気液混相状態の混合液を生成する混合器 5と、混合液を導入して、メタンと、吸収液が二酸化炭素を吸収してなる CO吸収液とに気液分離する第 1気液分離器 7と、容器内に組み込んだ

2

複数の中空糸状透過膜 11からなり、供給口 28より透過膜の内側に CO吸収液を供

2 給して透過膜 11を透過させるとともに、透過膜 11の外側の圧力を透過膜の内側より低圧にすることにより、 CO吸収液中の二酸ィ匕炭素を透過膜 11の外側に放散させて

2

二酸ィ匕炭素を分離する膜モジュール 10とを有する。

[0035] このメタン分離装置において、排気路 21、開閉バルブ 22及び排気ポンプ 23により二酸化炭素が二酸化炭素回収部 27へと回収される。二酸化炭素を放散した CO吸

2 収液は吸収液となって膜モジュール 10から排出され、回収路 24を通じて吸収液貯留槽 19に回収され貯留される。また、膜モジュール排出口 29より排出される過剰の CO吸収液は、排出路 13、開閉バルブ 13a及び回収路 18を通じて吸収液貯留槽 1

2

9に回収貯留される。膜モジュール 10及び吸収液貯留槽 19により、本発明における二酸ィ匕炭素を分離した後の吸収液を回収する第 1分離手段が構成されている。

[0036] ノィォガスは供給路 3を通じて混合器 5に供給される。また、吸収液貯留槽 19に回収された吸収液は導入ポンプ 30により供給路 20、 31を通じて混合器 5に循環的に供給され、全体として吸収液循環システムが構成されて、る。

[0037] 図 2は混合器 5の概略構成を示す。（2A)では、ェジェクタ一 5aと充填気泡塔 5bを直列して混合器 5が構成される。バイオガス供給路 3から供給されるバイオガスと、供給路 31から供給される吸収液がェジヱクタ一 5aで混合され、バイオガスが吸収液に無数の微細気泡状態で混合した気液混相混合液が送出路 6aから充填気泡塔 5b〖こ送出される。充填気泡塔 5bでより一層に気液混相攪拌が行われ、この 2段操作でバィォガス中の二酸ィ匕炭素が吸収液中に溶解し、二酸化炭素が気体状態のメタンと分離した後、混合液は流通路 6から送出される。特に、ェジェクタ一 5aのガス混合合流部の後流側に、前述した充填気泡塔を配設した装置構成では、バイオガス中の二酸化炭素をより高い割合で吸収液に吸収させることができ、更に高効率にメタンを分離できる。（2B)では、ェジェクタ一 5aだけ力も混合器 5が構成される。ェジェクタ一 5a による気液混相作用でも十分に吸収液中への二酸化炭素の溶解が行われ、メタン分離の効率ィ匕が達成できることが本発明で明らかになった。この場合には、送出路 6a カゝら混合液が流通路 6に送出される。

[0038] 図 2の（2C) · (2D)は、 2種類のェジェクタ一 5aの断面図である。本発明では、他の構造のェジェクタ一 5aを使用してもよいことは云うまでもない。以下に、ェジェクタ一 5 aによる気液混相作用の詳細を説明する。ェジヱクタ一 5aの内部には急激に絞られたノズル 32が形成されている。導入ポンプ 30により吸収液が供給路 31からェジエタター 5aに供給され、吸収液がノズル 32より高速で噴射され、その高速流の形成により負圧をバイオガス供給路 3内に発生させる。前記高速流の流速が大きいほど負圧作用は増大し、大気圧より少し高い供給圧で供給されるバイオガスが吸収液に吸引され瞬時に微細な気泡状態となるため、混合液の生成を簡易に行うことができる。無数の微細気泡化により吸収液との気液接触表面積は激増し、微細気泡中の二酸ィ匕炭素は吸収液中に急速に溶解し、二酸化炭素がガス状態のメタンから気体分離され、前記微細気泡はメタンの微細気泡となり、送出路 6aからはメタン微細気泡と二酸化炭素を溶解した吸収液の気液二相流が送出される。なお、図 2では 1本の吸収液供給路 31を示してヽるが、複数の吸収液供給路 31を併設してもよ!/、。

また、混合器 5には、図 2のェジヱクタ一方式のガス混合合流部に限らず、同等の性能を有する他の流体合流機構を用いてもよい。混合器 5として図 2に示すェジエタター方式を採用した場合、流体力学的にバイオガス供給路 3内に自動的に負圧を発生させる。この負圧の作用によりバイオガスが吸収液に吸引されるため、通常バイオガス供給路に設置されるバイオガス送風機（図示せず）は不要となるので、さらに装置動力低減が可能となる。

[0039] 混合器 5において生成された混合液は、流通路 6を介して第 1気液分離器 7に導入される。第 1気液分離器 7は、メタンと、吸収液が二酸ィ匕炭素を吸収してなる CO吸収

2 液に気液分離して貯留する。このとき分離されたメタンは回収路 8を通じて排気ボンプ（図示せず）により排気され、メタン回収部 26に回収される。第 1気液分離器 7に貯留された CO吸収液は、第 1気液分離器 7と膜モジュール 10との高低差による自重

2

作用あるいは供給ポンプ駆動（図示せず）により、供給路 9を通じて膜モジュール 10 に移送される。 CO吸収液の移送量は供給路 9に設けた開閉バルブ 12によって調

2

整可能にされている。

[0040] 第 1気液分離器 7からの CO吸収液は透過膜の内側に導入されて透過膜 11を透

2

過する。膜モジュール 10の内部を、排気路 21及び開閉バルブ 22を通じて、低圧化用排気ポンプ 23により排気して、透過膜 11の外側の圧力を透過膜 11の内側より低圧にすることにより、 CO吸収液中の二酸ィ匕炭素を透過膜 11の外側に放散させて二

2

酸ィ匕炭素を分離する。分離された二酸ィ匕炭素は排気路 21を通じて二酸ィ匕炭素回収部 27に回収される。一方、二酸化炭素が分離された CO吸収液は吸収液となって回

2

収路 24を通じて吸収液貯留槽 19に回収され、吸収液貯留槽 19より再び混合器 5に供給され、循環使用される。

膜モジュール 10の排出口 29から導出された過剰の CO吸収液は、排出路 13、開

2

閉バルブ 13a及び回収路 18を介して吸収液貯留槽 19に回収される。吸収液貯留槽 19において放散する二酸ィ匕炭素は、回収路 25を通じて二酸ィ匕炭素回収部 27に回収される。なお、開閉バルブ 13aは、透過膜 11を液封状態に保つようにするために設けるもので、配管径を絞る方式、たとえば制限オリフィスなどを用いてもよい。

[0041] 上記のようにして、本実施形態では、第 1気液分離器 7において分離したメタンを回収した後、膜モジュール 10に CO吸収液を供給して二酸ィ匕炭素を分離し、更に膜モ

2

ジュール 10より導出された過剰の CO吸収液を吸収液貯留槽 19に回収して二酸ィ匕

2

炭素を放散させて吸収液として分離するので、吸収液の循環過程で効率的にメタンと二酸化炭素の分離を行ヽ、高濃度の二酸ィ匕炭素を含有するバイオガスからメタンを高効率に分離精製することができる。従って、動力負荷や膜モジュールコストの低減が可能となり、低分離コストでバイオガス分離'濃縮を行うことができるメタン分離システムを実現することができる。

[0042] 本実施形態においては、吸収液として、二酸化炭素の吸収性に優れたジ'エタノールァミン（DEA)の水溶液を用いることが好ましい。 DEA濃度は 0. l〜6molZL (好ましくは 2〜4molZL)で使用することができる。この DEA濃度では二酸化炭素の吸収性及び放散性がよぐノィォガス力も高効率にメタンを分離精製することができる。

[0043] 本発明者らの検証によれば、透過膜を透過する CO吸収液の透過流量が所定値

2

以上でなければ、バイオガス処理流量あたりの二酸ィ匕炭素の放散効率が良くならない。従って、回収路 24を通じて吸収液貯留槽 19に回収される吸収液の再生が不十分となる。その結果、混合器 5に供給されるバイオガスと再使用される吸収液が混合する際に、吸収液の吸収能力が十分に再生された時と比較して、バイオガス中の二酸化炭素に対する吸収液の吸収能力が低下する。即ち、第 1気液分離器 7において回収するガス中のメタン濃度が高くならない。また、膜面積あたりの液透過流量が少ない場合には過剰の膜モジュール (面積)を使用しないと、吸収液の再生が不十分となり、メタン濃度が高くならないことが分力つた。そこで、透過膜 11を透過する CO吸

2 収液の透過流量が膜面積あたり 5〜50LZm²'min (好ましくは、 CO吸収液の透過

2

流量が膜面積あたり 20〜40L/m² · min)とすることができる膜モジュール 10を使用することによって、二酸ィ匕炭素の放散性が良くなり、精製メタン濃度の向上を実現し [0044] なお、 CO吸収液流量が低下し膜モジュール上部で液膜が薄くなる、所謂液切れ

2

状態になると、気液混合導入 (メタンと吸収液を同時導入)の場合はガス透過によるメタン収率低下 (顕著になると製品ガス供給不能）につながるおそれがあるので十分に配慮する必要がある。また、気液分離（吸収液のみ膜モジュールに導入)の場合には、膜を有効に使用しない状態では、例えば膜の吸収液側が製品ガスラインとつながつているシステム等においては、製品ガス吸入 (逆流）によるメタン収率低下の可能性があるので、注意が必要である。

[0045] また、本発明者らの検証によれば、吸収液再生における二酸ィ匕炭素等の放散時に膜モジュールの過密が放散を妨げることが分力つた。即ち、膜モジュールにおける二酸ィ匕炭素の放散性能には透過膜の充填密度が影響する。市販の膜モジュールにおける透過膜の充填密度は 30〜70%であり、隣接する透過膜との間隔が密着しすぎている。そのため、液流量が多くなると膜間が液膜で覆われ、中心側ほど減圧による二酸化炭素の放散効率が悪くなり、結果的に多くの膜面積が必要になり、コスト高の要因になる。

そこで、本実施形態においては、透過膜の充填密度が 30%以下 (好ましくは 20% 以下)の疎密度である膜モジュール 10を使用して、二酸化炭素の放散性を高め、メタンの高効率分離を実現させた。また膜モジュール中の中空糸状の透過膜が小束状に分割され配置され、各々の小束は密着しない空間を保って配置され、全体としての充填密度が 30%以下であるものが好ましぐこれにより、二酸化炭素の放散性をより高め、メタンを高効率に分離することができる。

[0046] 透過膜 11の素材には、ポリエチレンが好ましぐ特に膜外面に親水性処理を施したから、メタン分離精製の高効率処理が可能となる。膜材質については、ポリスルホン（ PS :メーカーにより膜密度調整対応不可）、ポリエーテルスルホン (PES)、ポリエチレン (PE)などの膜材質を試した結果、 PESと PEで良い結果が得られた。しかしながら、 PESは吸収液のジ 'エタノールァミン (DEA)との接触により経時的に膨潤し、透過液流量の減少を伴い、ノィォガス分離性能が低下する現象が認められるので、実用上、ポリエチレンを選択するのが好ましい。

即ち、透過膜として疎水性のポリエチレン膜を用いることにより、従来の透過膜と比較して、分離選択性、透過速度及び長期安定性が向上し、例えば吸収液としてのジ •エタノールァミンに対する耐性、必要な吸収液の実質的な透過量及び経済性を格段に向上させることができる。しかし、ポリエチレン膜は疎水性であるために、装置停止時にお、て膜モジュールを吸収液で充たして停止しなければ、装置立ち上げ時に透過膜外面の吸収液のぬれが悪ぐ分離効率が落ちるおそれがある。しかしながら、本発明では透過膜外表面のみに化学的に親水性の表面処理を施したり、物理的処理によって吸収液との親和力を高める微細凹凸等の処理を行うことにより、装置起動時の分離効率の低下防止を図ることができる。

[0047] 図 3は、膜'吸収ハイブリッド法を用いた 2段気液分離方式の実施形態であるメタン分離装置の概略構成を示す。このメタン分離装置は、図 1に示されるメタン分離装置に、第 2気液分離器 14を追加している点で異なっている。排出路 13は第 2気液分離器 14に接続され、過剰 C02吸収液に微量含まれるメタンが分離されて回収路 15を介してメタン回収部 26に回収される。微量メタンが分離された過剰 C02吸収液は、回収路 18を通して吸収液貯留槽 19に回収される。その他、図 1に示される構成部材については同一符号で示し、この同一符号で示された構成部材の作用 ·効果は図 1 と全く同様であるから、その詳細説明を省略し、要点のみを説明する。

[0048] 本実施形態では、第 1気液分離器 7におヽて分離したメタンを回収した後、膜モジユール 10に CO吸収液を供給して二酸ィ匕炭素を分離する。更に膜モジュール 10よ

2

り導出された過剰の CO吸収液を第 2気液分離器 14に導入して、分離メタンを回収

2

し、過剰 CO吸収液を吸収液貯留槽 19に回収して二酸ィ匕炭素を放散させて吸収液

2

と分離する。従って、吸収液の循環過程で効率的にメタンと二酸ィ匕炭素の分離を行い、高濃度の二酸ィ匕炭素を含有するバイオガスからメタンを高効率に分離精製することができる。結果、動力負荷や膜モジュールコストの低減が可能となり、低分離コストでバイオガス分離'濃縮を行うことができるメタン分離システムを実現することができる。

[0049] 次に、本発明によるメタン利用システムの実施形態を説明する。

図 4は、本発明に係るメタン分離装置を組み入れたメタン利用システム 100の概略構成を示す。このメタン利用システム 100は、メタンを燃料にして発電する発電機 52 、 61及び 63を備え、発電機による発生電力はユーザ向けに売電供給可能になっている。メタンはノィォガス発酵槽 51から供給されるバイオガスから、上記実施形態と同様のメタン分離装置である膜 ·吸収ハイブリッド装置 50を用いて分離精製される。発電機 52による発生電力はシステムの各構成要素の駆動にも使用される。膜 ·吸収ノ、イブリツド装置 50から得られた精製メタンは供給ポンプ 66を通じてカロリー調整器 67と供給路 64を介して発電機 61、 63に供給される。また、精製メタンは供給路 65を介して液化器 56に供給され、液化メタンが液化メタン貯留槽 57に貯留される。液化メタンは外部供給路 59を通じて外部供給可能になっている。また、液化メタンは発電機 61、 63にも供給可能になっている。各供給路には流量調整器 54、 55、 58、 60、 62が設けられている。膜 ·吸収ハイブリッド装置 50には温度調整用の温水供給機構 (図示せず)が設けられており、該温水供給機構による温水供給は、発電機 52によりヒータ加熱制御される貯湯槽 53により行われる。

上記構成のメタン利用システムにおいて、本発明に係るメタン分離装置によって、高効率に分離精製させたメタンを燃料として、発電機 52、 61及び 63により電力を発生させて、発生電力を中継器 81、 82と電力線 80を通じてユーザに供給される。

[0050] 上記メタン利用システム 100における運用例として、流量調整器 54、 55、 58、 60、 62の流量制御により液化メタン貯留槽 57の貯留レベル調整を、売電価格 (例えば、昼 8 : 00〜20 : 00 9円/ kW、夜 20 : 00〜翌 8 : 00 4円/ kW)を勘案して発電機 52、 61、 63の稼働率を最適化することができる。更に以下に具体的稼動例を示す。

[0051] (1)売電価格変動による発電機の稼働率制御例

発電機 52は常時稼動、昼間の8 : 00〜20 : 00は発電機60, 62を稼動して貯留速度を極力落とす。夜間の 20 : 00〜翌 8 : 00は発電機 60, 62を停止して貯留分を最大稼動する。

(2)バイオガス発生量の季節変動の吸収制御例

バイオガス発生量は平均気温の変動により少な力もず発生量が変動する。例えば夏発生量が多ぐ冬発生量は少ないため夏貯留量を多く制御し、冬に夏の貯留分を利用できるよう制御を行えばょ、。

(3)バイオガスカロリーの変動吸収制御例メタン排出側に設けたガス濃度計 68を用いてメタン濃度を計測し、ガスカロリーを演算する。その演算結果に応じて LPG (液ィ匕石油ガス）タンク 69からの LPGガスをカロリー調整器 67に供給して精製メタンへ添加し、その添加量制御を行うことにより燃料品質の安定ィ匕を図ることができる。

[0052] 以上のように、本発明の高効率メタン分離方法に基づきメタンを精製して貯留し、その貯留メタンを燃料として供給可能にしたメタン利用システムを構築できる。また、精製メタンの貯留量を、季節、日時の時間帯等において効率的に調整して、発電設備によって発生される電力を外部に安定供給可能にした、メタン燃料による電力供給システムを実現することができる。

[0053] 上記メタン利用システム 100には、メタンの分離精製の際に副生物として生成される二酸ィ匕炭素を利用する二酸ィ匕炭素利用システム 101が併設されている。図 8において、膜 ·吸収ハイブリッド装置 50から得られた回収二酸ィ匕炭素が回収路 83を介して、供給ポンプ 70を通じて液化器 72に供給され、二酸化炭素の液化が行われる。液化二酸ィ匕炭素は液ィ匕ニ酸ィ匕炭素貯留槽 73に貯留される。また、液化二酸化炭素は液ィ匕ニ酸ィ匕炭素貯留槽 73より、ユーザのノ、ウス栽培用施設 77、 79に供給可能になつている。また、液ィ匕ニ酸ィ匕炭素は外部供給路 75を通じて外部供給可能になっている。各供給路には流量調整器 71、 74、 76、 78が設けられている。流量調整器 71、 7 4、 76、 78の調整制御により、液ィ匕ニ酸ィ匕炭素貯留槽 73の残量を監視しながら、光合成の活発な昼間にはハウス栽培の植物に対して二酸化炭素を、液化二酸化炭素貯留槽 73及び膜'吸収ノヽイブリツド装置 50から直接供給し、夜間はハウス栽培に対する供給を停止して液化二酸化炭素貯留槽 73に備蓄する制御を行うことにより、二酸化炭素の安定供給が可能となる。

[0054] 以上の二酸ィヒ炭素供給システムにより、副産物としての二酸ィヒ炭素の有効利用を図ることができる。なお、産業用気体として二酸ィ匕炭素供給設備を介して別々の供給先に供給可能とした複合ガス供給システムの構築も可能となる。

実施例

[0055] 以下、実施例に基づいて、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 [0056] (実施例 1)

実施例 1では、図 1に示された 1段分離方式のメタン分離装置を用いて、混合器における 3種類の吸収方式による濃縮メタン濃度の比較試験を行った。

図 5は、混合器における 3種類の吸収方式により二酸ィ匕炭素を吸収させた吸収液からメタン分離を実施して得られた濃縮メタン濃度の比較図である。縦軸は分離されたメタンの濃縮 CH濃度（％)である。横軸は必要膜面積 (m²Z (NlZmin) )で、処

4

理するバイオガス単位流量当たりの透過膜表面積を表す。更に詳細には、必要膜面積 =膜モジュールに設置されている透過膜の表面積 [m²]Zバイオガス処理流量 [N1 Zmin]で定義され、必要膜面積の値が小さいほど、吸収液の二酸化炭素吸収性能がよい、即ちメタン分離性能がよいことを意味する。

3種類の吸収方式とは、混合器によるバイオガスの吸収液への吸収方式を意味し、充填気泡塔のみによる方式 (參ニ点鎖線、〇一点鎖線)、ェジクタ一と充填気泡塔の直列方式 (◊実線）、及びェジェクタ一のみによる方式（口破線)である。実線、破線、一点鎖線は DEA流量 = 1. 5 (LZmin)で得られた結果であり、二点鎖線は DE A流量 =2. 5 (LZmin)で得られた結果である。混合器で二酸化炭素を吸収させる方法の違いによって、同じメタン濃度の製品を得るために必要とする膜モジュールの面積が違うことを表している。

[0057] 図 5から明らかなように、ェジクタ一と充填気泡塔の直列方式 (◊実線)が、最も吸収液の二酸ィヒ炭素吸収性能が良いので、その後流の気液分離器でメタンが高純度、高収率で回収できることがわかる。し力しながら、この方式では装置が大きくなり装置価格が高くなるのでメリットは少なくなる。また、充填気泡塔単体 (參ニ点鎖線)とェジヱクタ一単体（口破線)では、ほとんど同じ二酸ィ匕炭素吸収性能に見える力次の点でェジェクタ一の方が優位であると判断できる。

充填気泡塔単体方式は、吸収液の供給量をェジクタ一単体方式よりも 1. 5倍以上にしないと必要なメタン濃度が得られないことが分かる。つまり、充填気泡塔単体による二点鎖線（參）は DEA流量 = 2. 5 (L/min)で得られた結果であり、他方ェジクタ一単体による破線（口）は DEA流量 = 1. 5 (LZmin)で得られた結果である。従つて、ェジクタ一単体方式が充填気泡塔単体方式よりも、二酸化炭素吸収性能が良ぐメタン分離が効率よく実施できることが分力つた。ェジヱクタ一単体の気液混相化は流体力学的効果により自然に実現できるから、動力費を削減できる点でも一層効果が高レ、と判断できる。従って、ェジェクタ一単体方式は、大掛かりな充填気泡塔が不要となり、コスト削減できる点でも優れたメタン分離装置を提供できる。

尚、 DEA流量 = 1. 5 (LZmin)の充填気泡塔単体（〇一点鎖線）では、高純度のメタンが得られな力つた。また、このグラフは、メタン分離装置の仕様 (例えば、処理すべきバイオガス流量、含有不純物濃度や回収するメタン流量、濃度など）が確定すれば装置の概要 (膜モジュールに必要な透過膜の面積)を算出するのに使用できる。

[0058] (実施例 2〜5)

実施例 2〜5では、図 1に示された 1段分離方式のメタン分離装置を用いて、メタンの分離精製を行った。

表 1〜4は実施例 2〜 5の各実施条件データの詳細である。

[0059] [表 1]

(表 1 )

[0060] [表 2]

(表 2)

4]

(表 4 )

[0063] まず、表 1及び 2は、必要膜面積が 0. 09m²/(NL/min-バイオガス)で膜材質力 SPE

(ポリエチレン）における、中空糸状透過膜の膜透過液流量を変えた場合の、分離メタン濃度とメタン収率の変化を示している。膜透過液流量は、それぞれ 40. 6 [L/m² •min]、 28. 4[LZm²'min]で実施した結果であり、メタン収率はほぼ 100%であり、メタン濃度も、 98. 4%、 98. 2%であった。表 3及び 4は、必要膜面積が 0. lm²/( NL/min-バイオガス)で膜材質力 SPES (ポリエーテルスルホン）における、透過膜の膜透過液流量を変えた場合の、分離メタン濃度とメタン収率の変化を示している。膜透過液流量の増加に従い、メタン濃縮濃度が高くなる結果が得られている。吸収液が吸収した二酸ィ匕炭素を高い効率で放散させるためには、膜面積あたりの透過液流量を増加させ、減圧操作による吸収液再生効率を上げることが効果的であることを示唆している。

表 3及び 4の実施例では、メタン回収率がいずれの条件においても 99. 7-99. 9 %である力メタン濃度は 93. 0%〜98. 2%の範囲にあり、条件により高濃度とはいえない場合がある。一方、表 1及び 2の実施例では、メタン回収率がいずれの条件においても 99. 5-99. 8%であり、メタン濃度は 98. 2%〜98. 4%の範囲で推移し、本実施形態に係るメタン分離装置が高濃度メタンの高効率回収性能を具備することを示す。

[0064] 図 6は、表 1〜4の各条件で実施した結果を膜透過液流量と、メタン収率及びメタン濃度との関係で示したものである。図 6より膜透過液流量が 5 [L/m²'min]以上であれば、メタン収率及びメタン濃度ともに性能を満足することが分かる。

[0065] (実施例 6)

実施例 6では、本発明に係るメタン分離装置を従来のメタン精製方式の装置と、ガス分離性、精製コスト等の面で比較した。

表 5は、本発明に係るメタン分離装置をガス分離性、精製コスト等の面で、従来のメタン精製方式の装置と比較した表である。

[0066] [表 5]

[0067] この表では、原料バイオガスの組成カタン (60vol%)、二酸化炭素 (40vol%)、原料ガス流量 100m³ hrの条件下で各メタン精製方式を比較して 1、る。

[0068] 図 7は、膜透過液流量と、メタン分離コスト (従来比）と、吸収液ポンプ動力（kW)との関係を示すグラフである。膜透過液流量の増加により吸収液ポンプ動力（kW)が増大するが、本発明の膜 ·吸収ハイブリッドメタン分離方法によれば、従来の分離方法に比べて膜透過液流量が 15〜60 [L/m² · min]の場合に分離コストが低減ィ匕されている。なお、性能的には図 6より膜透過液流量が 5 [L/m²'min]以上で高効率にメタンを分離することができるので、実施可能で有効な膜透過液流量は 5〜60 [L/ m²' min]となる。また、図7から20〜40[し !11² ' 111111]では、より顕著な分離コストの低減化が示されている。

[0069] 表 5及び図 7から、高濃度の二酸ィ匕炭素を含むバイオガスの分離において、本発明の膜 '吸収ハイブリッドメタン分離方法及びそれを用いたメタン分離装置が低コストで高効率にメタンをバイオガス力も分離精製できるといえる。

[0070] 本発明は上記実施形態及び実施例に限定されるものではなぐ本発明の技術的思想を逸脱しない範囲における種々の変形例、設計変更などをその技術的範囲内に包含するものであることは云うまでもな、。

産業上の利用可能性

[0071] 本発明によれば、膜 ·吸収ハイブリッド法において、主成分がメタンで高濃度の二酸化炭素を含むバイオガスのメタン精製処理を高効率でかつ低分離コストで行え、高純度の精製メタンをエネルギー源として供給できるメタン利用設備及びメタン利用システムを実現することできる。

Claims

請求の範囲

[1] 成分としてメタンと二酸化炭素を含むバイオガスからメタンを分離するメタン分離方法であって、

2

過膜の外側の圧力を前記透過膜の内側より低圧にすることにより、前記 CO

2吸収液中の二酸化炭素を前記透過膜の外側に放散させて二酸化炭素を分離し、かつ二酸化炭素が分離された前記 CO吸収液を前記吸収液として回収する工程とを少なくと

2

も有するメタン分離方法。

[2] 前記膜モジュールの排出口から導出された過剰の前記 CO吸収液を第 2気液分

2

離器に導入して、微量のメタンと過剰 CO吸収液に気液分離する工程と、

2

前記過剰 CO吸収液を回収する工程とをさらに有する請求項 1に記載のメタン分離

2

方法。

[3] 前記膜モジュールにおける透過膜の充填密度が 30%以下である請求項 1に記載のメタン分離方法。

[4] 前記膜モジュール中の透過膜が小束状に分割されて配置され、各々の小束は密集しな、空間を保って配置され、全体としての充填密度が 30%以下である請求項 3 に記載のメタン分離方法。

[5] 前記混合器は、前記第 1気液分離器の導入口に連通する流通路に設けられたェジェクタ一を備え、前記流通路内に前記吸収液の流れを形成することにより負圧を発生させ、前記バイオガスを前記吸収液に吸引させて前記混合液を生成し、前記吸収液に二酸ィヒ炭素を効率的に吸収させる請求項 1に記載のメタン分離方法。

[6] 前記混合器は充填気泡塔をさらに備え、前記ェジヱクタ一で生成した前記混合液を当該充填気泡塔に供給して、二酸化炭素の前記混合液への吸収をさらに促進させる請求項 5に記載のメタン分離方法。

[7] 前記吸収液はジ 'エタノールァミンの水溶液であり、その濃度は 0. l〜6molZLである請求項 1に記載のメタン分離方法。

[8] 前記膜モジュールにおける、前記透過膜を透過する前記 CO吸収液の透過流量

2

が膜面積あたり 5〜50LZm² · minである請求項 1に記載のメタン分離方法。

[9] 前記透過膜がポリエチレン力なる請求項 1に記載のメタン分離方法。

[10] 前記透過膜の膜外面に親水性処理を施した請求項 1に記載のメタン分離方法。

[11] 成分としてメタンと二酸化炭素を含むバイオガスからメタンを分離するメタン分離装置であって、

二酸ィ匕炭素を吸収する吸収液と前記バイオガスとを混合して気液混相状態の混合液を生成する混合器と、

前記混合液を導入して、メタンと、吸収液が二酸ィ匕炭素を吸収してなる CO吸収液

2 とに気液分離する第 1気液分離器と、

容器内に組み込んだ複数の中空糸状透過膜からなり、供給口より前記透過膜の内側に前記 CO吸収液を供給して前記透過膜を透過させるとともに、前記透過膜の外

2

側の圧力を前記透過膜の内側より低圧にすることにより、前記 CO吸収液中の二酸

2

化炭素を前記透過膜の外側に放散させて二酸ィ匕炭素を分離する膜モジュールを備え、前記膜モジュールにより二酸化炭素が分離された前記 CO吸収液を前記吸収液

2

として回収する第 1分離手段とを少なくとも有するメタン分離装置。

[12] 前記膜モジュールの排出口から導出された過剰の前記 CO吸収液を導入して、微

2

量のメタンと過剰 CO吸収液とに気液分離する第 2気液分離器と、

2

前記過剰 CO吸収液を回収する第 2分離手段とを有し、

2

前記第 1気液分離器及び前記第 2気液分離器により分離したメタンを回収するようにした請求項 11に記載のメタン分離装置。

[13] 前記膜モジュールにおける透過膜の充填密度が 30%以下である請求項 11に記載のメタン分離装置。

[14] 前記混合器は、前記第 1気液分離器の導入口に連通する流通路に設けられたェジェクタ一と、前記吸収液を導入する手段と、前記バイオガスを導入する手段とを少なくとも有し、前記流通路内に前記吸収液の流れを形成することにより負圧を発生させ、前記バイオガスを前記吸収液に吸引させて前記混合液を生成し、前記吸収液に二酸ィヒ炭素を効率的に吸収させる請求項 11に記載のメタン分離装置。

[15] 前記吸収液はジ 'エタノールァミンの水溶液であり、その濃度は 0. l〜6molZLである請求項 11に記載のメタン分離装置。

[16] 前記膜モジュールにおいては、前記透過膜を透過する前記 CO吸収液の透過流

2

量が膜面積あたり 5〜50LZm² · minである請求項 11に記載のメタン分離装置。

[17] 前記透過膜がポリエチレン力なる請求項 11に記載のメタン分離装置。

[18] 請求項 11に記載のメタン分離装置と、メタン貯留槽と、メタン供給路とを備え、地中から産する生物の嫌気性発酵により生成した、メタンを主成分とする天然ガス、産業用ならびに家庭用廃棄物の地中埋蔵により自然と嫌気性発酵して産出する地中発酵ガス、及び人工的に発生させた嫌気性発酵プロセスから排出される人工発酵ガス力なる群力選ばれる少なくとも 1種の前記バイオガスから二酸ィ匕炭素を除去することにより、メタンを精製して貯留し、その貯留メタンを燃料として供給可能にしたメタン禾 IJ用システム。

[19] 前記貯留メタンを燃料として発電する発電設備と、

季節、稼動期間あるいは時間帯に応じて精製メタンの貯留量を調整する貯留制御手段とをさらに備え、

前記発電設備によって発生される電力を外部に供給可能にした請求項 18に記載のメタン利用システム。

[20] 前記メタン精製の際に同時に分離される二酸ィ匕炭素をハイブリッド供給可能にした二酸化炭素供給設備をさらに備えた請求項 18に記載のメタン利用システム。