WO2024084940A1 - バイオガスの貯蔵装置およびバイオガスの導出方法 - Google Patents

バイオガスの貯蔵装置およびバイオガスの導出方法 Download PDF

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WO2024084940A1
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biogas
tank
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outlet pipe
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沙紀 藤井
利華子 岸
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エア・ウォーター株式会社
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    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M1/00—Apparatus for enzymology or microbiology
    • C12M1/107—Apparatus for enzymology or microbiology with means for collecting fermentation gases, e.g. methane
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C11/00—Use of gas-solvents or gas-sorbents in vessels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C9/00—Methods or apparatus for discharging liquefied or solidified gases from vessels not under pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G5/00—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
    • F23G5/02—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor with pretreatment
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G7/00—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel

Definitions

  • This disclosure relates to a biogas storage device and a method for extracting biogas.
  • Biogas derived from the manure of dairy cows, beef cows, and other livestock has been attracting attention due to issues such as global warming and the depletion of fossil fuels.
  • Biogas has been generated mainly at large farms using generators and sold as electricity.
  • small and medium-sized farms that do not have generators have not been able to fully utilize biogas.
  • due to a lack of power transmission networks even if electricity can be generated, it is difficult to sell the electricity.
  • Patent document 1 JP Patent Publication 2002-267097 discloses a storage device that adsorbs natural gas using an adsorbent filled in a pressure device, and also discloses that when desorbing natural gas from the adsorbent, heating the device can be used to promote desorption.
  • Patent Document 2 JP Patent Publication 2008-240835A discloses a method for recovering and reusing gases such as natural gas by adsorbing them into a pressure-resistant container filled with an adsorbent, and also discloses that the pressure-resistant container is mounted on a vehicle and that the heat of adsorption and desorption is regulated by a temperature control unit.
  • Patent Document 1 The device described in Patent Document 1 is designed to be used in a stationary manner and to store natural gas for long periods of time. Therefore, it is not envisaged that it will be made portable or that it will adsorb and desorb natural gas in a short period of time. Also, a heater is provided on the side of the pressure device to promote desorption, but this configuration is also designed to be used in a stationary manner where a heat source can be secured.
  • Patent Document 2 a heat medium pipe and a temperature adjustment unit are provided in a pressure-resistant container, but the specific mechanism used is not disclosed.
  • the object of the present disclosure is to provide a biogas storage device and a method for extracting biogas that can efficiently extract biogas.
  • a tank for storing the biogas including an adsorbent for adsorbing the biogas; a biogas inlet/outlet pipe connected to the tank for introducing the biogas into the tank and discharging the biogas from the tank;
  • a biogas storage device comprising: a biogas return pipe connecting the tank and the biogas inlet/outlet pipe for returning at least a portion of the biogas discharged from the tank to the tank.
  • the biogas inlet/outlet pipe includes a first biogas inlet/outlet pipe and a second biogas inlet/outlet pipe,
  • the first biogas inlet/outlet pipe is connected to a first side surface of the tank
  • the second biogas inlet/outlet pipe is connected to a second side surface of the tank
  • the biogas storage device according to claim 1, wherein the second side is a side opposite to the first side.
  • the tank has a longitudinal direction and a lateral direction
  • the biogas storage device according to claim 2 wherein the first side and the second side are sides that intersect with the longitudinal direction.
  • a biogas storage device according to any one of [1] to [4], comprising a compressor that compresses at least a portion of the biogas discharged from the tank.
  • the biogas is a gas derived from at least one selected from the group consisting of livestock manure and food waste,
  • the biogas storage device according to any one of [1] to [7], wherein the biogas contains at least methane and carbon dioxide.
  • a method for extracting biogas from the biogas storage device according to any one of [1] to [8], a discharge step of discharging the biogas from the tank; A return process for returning at least a portion of the biogas discharged in the discharge process to the tank, The method for extracting biogas, wherein the returning step is carried out while the extracting step is carried out.
  • the tank has a first side and a second side,
  • the second side surface is a side surface opposite to the first side surface,
  • the biogas extraction method according to claim 9, wherein the biogas extracted in the extraction step is extracted from the first side and the second side.
  • biogas storage device and a method for extracting biogas that can efficiently extract biogas.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of the configuration of a biogas storage device in this embodiment.
  • FIG. 2 is a plan view showing an example of a tank provided in the biogas storage device in this embodiment.
  • FIG. 3 is a side view showing an example of a tank provided in the biogas storage device in this embodiment.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing a vehicle equipped with the biogas storage device according to this embodiment.
  • a biogas storage device 20 in this embodiment includes a tank 1 for storing biogas, a biogas inlet/outlet pipe 2 which is a pipe connected to the tank 1 and is used to introduce biogas into the tank 1 and to discharge the biogas from the tank 1, and a biogas return pipe 3 which is a pipe connecting the tank 1 and the biogas inlet/outlet pipe 2 and is used to return at least a portion of the biogas discharged from the tank 1 to the tank 1.
  • the tank 1 is filled with an adsorbent that adsorbs the biogas.
  • biogas refers to a gas derived from at least one selected from the group consisting of livestock manure and food residues, and containing at least methane and carbon dioxide (CO 2 ).
  • concentration of methane in the biogas is, for example, 50% by volume or more and 65% by volume or less, and the concentration of CO 2 in the biogas is, for example, 25% by volume or more and 40% by volume or less.
  • the biogas may contain other gases such as nitrogen and oxygen.
  • the concentration of nitrogen in the biogas may be, for example, 5% by volume or more and 15% by volume or less, and the concentration of oxygen in the biogas may be, for example, 0.1% by volume or more and 5% by volume or less. It is preferable that hydrogen sulfide and moisture are removed from the biogas in advance.
  • FIG. 2 is a plan view showing an example of the tank 1
  • Fig. 3 is a side view showing an example of the tank 1.
  • the tank 1 stores biogas.
  • the tank 1 has a pressure-resistant structure.
  • the tank 1 has a first side surface 6 and a second side surface 7. In this case, the second side surface 7 is a side surface opposite to the first side surface 6.
  • the tank 1 preferably has a longitudinal direction and a lateral direction.
  • the first side 6 and the second side 7 are sides that intersect with the longitudinal direction.
  • the first side 6 and the second side 7 are sides that are parallel to the lateral direction.
  • the longitudinal direction is the left-right direction in Figure 2
  • the lateral direction is the left-right direction in Figure 3. It is more preferable that the tank 1 be installed and used so that the longitudinal direction is horizontal, as shown in Figure 2.
  • the tank 1 is filled with an adsorbent.
  • an adsorbent capable of adsorbing methane and CO2 is used.
  • activated carbon is used.
  • the activated carbon is made from, for example, coconut shell, coal, charcoal, phenolic resin, etc.
  • the activated carbon may be, for example, powdered activated carbon, crushed carbon, granulated carbon, etc.
  • the particle size of the activated carbon may be, for example, 0.3 mm or more and 0.8 mm or less. In this embodiment, crushed carbon is preferably used.
  • the tank 1 may have an adsorbent filling section 8.
  • the adsorbent filling section 8 is preferably installed at the top of the tank 1. By installing the adsorbent filling section 8 at the top of the tank 1, the adsorbent can be efficiently filled into the tank 1. Furthermore, by having multiple adsorbent filling sections 8, the adsorbent can be filled more efficiently. Note that in FIG. 2, three adsorbent filling sections 8 are provided as an example, and the number is not limited.
  • the biogas inlet/outlet piping 2 is a piping connected to the tank 1. Biogas is introduced into or discharged from the tank 1 via the biogas inlet/outlet piping 2. That is, the biogas inlet/outlet piping 2 functions as a biogas inlet piping when introducing biogas into the tank 1, and functions as a biogas outlet piping when discharging biogas from the tank 1.
  • the biogas storage device 20 in this embodiment may have at least one biogas inlet/outlet pipe 2, but preferably has two biogas inlet/outlet pipes 2 (a first biogas inlet/outlet pipe 2a and a second biogas inlet/outlet pipe 2b).
  • the first biogas inlet/outlet pipe 2a is connected to the first side 6 of the tank 1
  • the second biogas inlet/outlet pipe 2b is connected to the second side 7 of the tank 1.
  • biogas is discharged from the tank 1 through one biogas inlet/outlet pipe 2, there is a risk that the composition of the discharged biogas will be biased. Therefore, by discharging biogas from both biogas inlet/outlet pipes 2, the composition of the discharged biogas can be made uniform.
  • the biogas storage device 20 in this embodiment may include a first valve 4.
  • the introduction of biogas into the tank 1 and the discharge of biogas from the tank 1 are regulated by the first valve 4.
  • the biogas return pipe 3 is a pipe that connects the tank 1 and the biogas inlet/outlet pipe 2. At least a part of the biogas discharged from the tank 1 returns to the tank 1 via the biogas return pipe 3. In this manner, the composition of the discharged biogas can be made uniform.
  • the biogas return pipe 3 is preferably connected to a surface other than the first side surface 6 and the second side surface 7, and is closer to the biogas inlet/outlet pipe 2. In this way, the composition of the biogas discharged can be made more uniform.
  • the biogas return pipe 3 may be connected, for example, to the top of the tank 1, and closer to the first biogas inlet/outlet pipe 2a.
  • the first biogas inlet/outlet pipe 2a functions as a biogas inlet pipe when introducing biogas into the tank 1.
  • the biogas storage device 20 in this embodiment may be equipped with a second valve 5.
  • the return of biogas to the tank 1 via the biogas return pipe 3 is regulated by the second valve 5.
  • the biogas storage device 20 in this embodiment may include a compressor 13.
  • the compressor 13 compresses at least a portion of the biogas discharged from the tank 1.
  • the pressure of the biogas discharged from the tank 1 is low.
  • the desorption heat due to the desorption of the biogas lowers the temperature of the tank 1. It is considered that the discharge of the biogas is suppressed by the lowering of the temperature of the tank 1. Therefore, by compressing at least a portion of the biogas discharged from the tank 1 by the compressor 13 and returning it to the tank 1 through the biogas return pipe 3, the lowering of the temperature of the tank 1 can be suppressed and the discharge of the biogas can be promoted.
  • the biogas storage device 20 in this embodiment may include a heating means 11, a buffer tank 12, and a cooling means 14. These function when discharging the biogas.
  • the heating means 11 heats the discharged biogas.
  • the heating means 11 may be used when the temperature of the discharged biogas is low.
  • the buffer tank 12 temporarily stores the discharged biogas.
  • the cooling means 14 cools the compressed biogas. The cooling means 14 may be used when the temperature of the compressed biogas is high.
  • first valve 4 and the second valve 5 are provided on the first side surface 6 side.
  • the biogas storage device 20 in this embodiment is preferably used, for example, to collect biogas derived from the manure of livestock raised on a farm. From this perspective, it is preferable to make the biogas storage device 20 portable.
  • An example of a portable device is a vehicle 15 (lorry) equipped with the biogas storage device 20, as shown in FIG. 4.
  • the method for discharging biogas in this embodiment includes a discharging step of discharging the biogas from a tank, and a returning step of compressing at least a portion of the biogas discharged in the discharging step and returning it to the tank.
  • the returning step is performed while the discharging step is being performed.
  • the discharge step is a step of discharging biogas from the tank 1.
  • the biogas is discharged from the tank 1 via the biogas inlet/outlet pipe 2. Details of the tank 1 and the biogas inlet/outlet pipe 2 are as described above.
  • the biogas is preferably discharged from the tank 1 through the first side 6 and the second side 7.
  • the second side 7 is the side opposite the first side 6. In this way, the composition of the discharged biogas can be made uniform.
  • the return process is a process in which at least a portion of the biogas discharged in the discharge process is returned to the tank 1.
  • the biogas is returned to the tank 1 via the biogas return pipe 3. Details of the biogas return pipe 3 are as described above.
  • the return process is carried out while the extraction process is being carried out.
  • the composition of the extracted biogas can be made uniform.
  • the return process it is preferable to compress at least a portion of the biogas discharged from tank 1 and return it to tank 1.
  • the pressure of the biogas discharged from tank 1 is low.
  • the heat of desorption caused by the desorption of the biogas lowers the temperature of tank 1. It is believed that the discharge of biogas is suppressed by the lowering of the temperature of tank 1. Therefore, by compressing at least a portion of the biogas discharged from tank 1 by compressor 13 and returning it to tank 1 through biogas return pipe 3, the drop in temperature of tank 1 can be suppressed and the discharge of biogas can be promoted.
  • Example 1 An apparatus having the configuration shown in Fig. 1 was prepared.
  • Biogas derived from livestock manure was prepared.
  • the biogas contained about 54 vol% methane, about 40 vol% CO2 , about 5 vol% nitrogen, and about 1 vol% oxygen.
  • the components of the biogas were analyzed by gas chromatography.
  • Activated carbon was filled into the tank 1 as an adsorbent.
  • the biogas was filled into the tank 1 via the biogas inlet/outlet pipe 2a.
  • the temperature of the tank 1 after filling was 40°C.
  • biogas was discharged from the tank 1 via the biogas inlet/outlet pipe 2a and the biogas inlet/outlet pipe 2b.
  • the amount of biogas discharged was 100 Nm 3 /h.
  • the discharged biogas was heated by the heating means 11 and stored in the buffer tank 12.
  • the temperature of the discharged biogas was adjusted to 20°C by the heating means 11.
  • the stored biogas was compressed to 0.85 MPaG by the compressor 13.
  • the compressed biogas was cooled to 40°C by the cooling means 14. Thereafter, a part of the biogas was returned to the tank 1 via the biogas return pipe 3.
  • the amount of biogas returned was 60 Nm 3 /h.
  • the biogas was discharged for 12 hours.
  • Example 1 and Comparative Example 1 the composition of the biogas at point 1 in FIG. 1 immediately after the start of discharge and at the end of discharge, and the temperature of tank 1 at the end of discharge were measured.
  • Example 1 the biogas at point 1 in Fig. 1 immediately after the start of discharge contained about 51 vol% methane, about 33 vol% CO2 , about 14 vol% nitrogen, and about 2 vol% oxygen.
  • the biogas at point 1 in Fig. 1 immediately after the start of discharge contained about 60 vol% methane, about 26 vol% CO2 , about 13 vol% nitrogen, and about 1 vol% oxygen.
  • the biogas at point 1 in Fig. 1 at the end of discharge contained about 55 vol% methane, about 39.5 vol% CO2 , about 5 vol% nitrogen, and about 0.5 vol% oxygen.
  • the temperature of tank 1 at the end of discharge was 5°C.
  • Example 1 the composition of the biogas immediately after extraction began and at the end of extraction, as well as the temperature of tank 1 before extraction began and at the end of extraction, fluctuated little.
  • Comparative Example 1 the composition of the biogas immediately after extraction began and at the end of extraction, as well as the temperature of tank 1 before extraction began and at the end of extraction, fluctuated more than in Example 1. Therefore, it is believed that by compressing at least a portion of the biogas extracted from tank 1 and returning it to tank 1, the composition of the extracted biogas and the temperature of tank 1 will be stabilized.
  • biogas can be extracted efficiently. Furthermore, this disclosure makes effective use of livestock manure that would otherwise be discarded, which can contribute to some of the activities of the Sustainable Development Goals (SDGs).
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Abstract

バイオガスを吸着する吸着材を含む、前記バイオガスを貯蔵するためのタンクと、前記タンクに接続される配管であって、前記タンクに前記バイオガスを導入および前記タンクから前記バイオガスを導出するためのバイオガス導入出配管と、前記タンクと前記バイオガス導入出配管とを接続する配管であって、前記タンクから導出された前記バイオガスの少なくとも一部を前記タンクに戻すためのバイオガス戻し配管と、を備える、バイオガスの貯蔵装置。

Description

バイオガスの貯蔵装置およびバイオガスの導出方法
　本開示は、バイオガスの貯蔵装置およびバイオガスの導出方法に関する。
　近年、地球温暖化や化石燃料の枯渇等の問題から、乳牛や肉牛等の家畜の糞尿を由来とするバイオガスが注目されている。バイオガスは、主に大規模牧場等で発電機により発電され、売電されていた。しかしながら、発電機を有しない中小規模牧場等では、バイオガスを十分に利用できていなかった。また、送電網も不足しているため、発電が可能であっても、売電が困難であった。
　そこで、捕集したバイオガスを、吸着材を充填した貯蔵装置に各牧場で貯蔵し、集積地に運搬して分離精製する方法が検討されている。このようなバイオガスの取り扱いは、従来の天然ガスの分離精製に類似した特性を有すると考えられる。
　特許文献１（特開２００２－２６７０９７号公報）は、圧力装置に充填した吸着材により天然ガスを吸着する貯蔵装置を開示しており、吸着材から天然ガスを脱着させる際に、加熱することで脱着が促進される旨も開示している。
　特許文献２（特開２００８－２４０８３５号公報）は、吸着材を充填した耐圧容器に天然ガス等のガスを吸着させて回収および再利用する方法を開示しており、該耐圧容器を車両に搭載すること、吸脱着熱を温度調節ユニットで調節していることも開示している。
特開２００２－２６７０９７号公報 特開２００８－２４０８３５号公報
　特許文献１に記載の装置は、定置式で使用することおよび長期間天然ガスを貯蔵することを前提とした構成となっている。そのため、可搬式にしたり、短期間での天然ガスの吸脱着を行うことは想定されていない。また、脱着を促進するためにヒーターが圧力装置の側面に設けられているが、このような構成も、熱源の確保が可能な定置式で使用することを前提としている。
　特許文献２は、耐圧容器に熱媒体配管や温度調節ユニットが設けられているが、具体的にどのような機構としているのかが開示されていない。
　本開示の目的は、バイオガスを効率的に導出させることができるバイオガスの貯蔵装置およびバイオガスの導出方法を提供することである。
　〔１〕バイオガスを吸着する吸着材を含む、前記バイオガスを貯蔵するためのタンクと、
　前記タンクに接続される配管であって、前記タンクに前記バイオガスを導入および前記タンクから前記バイオガスを導出するためのバイオガス導入出配管と、
　前記タンクと前記バイオガス導入出配管とを接続する配管であって、前記タンクから導出された前記バイオガスの少なくとも一部を前記タンクに戻すためのバイオガス戻し配管と、を備える、バイオガスの貯蔵装置。
　〔２〕前記バイオガス導入出配管は、第１バイオガス導入出配管および第２バイオガス導入出配管を含み、
　前記第１バイオガス導入出配管は、前記タンクの第１側面に接続されており、
　前記第２バイオガス導入出配管は、前記タンクの第２側面に接続されており、
　前記第２側面は、前記第１側面に対向する側面である、〔１〕に記載のバイオガスの貯蔵装置。
　〔３〕前記タンクは、長手方向および短手方向を有し、
　前記第１側面および前記第２側面は、前記長手方向と交差する側面である、〔２〕に記載のバイオガスの貯蔵装置。
　〔４〕前記長手方向が水平方向となるように設置して使用される、〔３〕に記載のバイオガスの貯蔵装置。
　〔５〕前記タンクから導出された前記バイオガスの少なくとも一部を圧縮する圧縮機を備える、〔１〕から〔４〕のいずれかに記載のバイオガスの貯蔵装置。
　〔６〕前記バイオガス導入出配管を開閉する第１バルブと、
　前記バイオガス戻し配管を開閉する第２バルブと、を備え、
　前記第１バルブおよび前記第２バルブは、前記第１側面側に設けられている、〔２〕から〔５〕のいずれかに記載のバイオガスの貯蔵装置。
　〔７〕可搬式である、〔１〕から〔６〕のいずれかに記載のバイオガスの貯蔵装置。
　〔８〕前記バイオガスは、家畜の糞尿および食品の残渣からなる群より選択される少なくとも１種を由来とするガスであり、
　前記バイオガスは、少なくともメタンおよび炭酸ガスを含む、〔１〕から〔７〕のいずれかに記載のバイオガスの貯蔵装置。
　〔９〕〔１〕から〔８〕のいずれかに記載のバイオガスの貯蔵装置からバイオガスを導出する方法であって、
　前記タンクから前記バイオガスを導出する導出工程と、
　前記導出工程で導出された前記バイオガスの少なくとも一部を前記タンクに戻す戻し工程と、を備え、
　前記導出工程を行いながら、前記戻し工程を行う、バイオガスの導出方法。
　〔１０〕前記タンクは、第１側面および第２側面を有し、
　前記第２側面は、前記第１側面に対向する側面であり、
　前記導出工程で導出される前記バイオガスは、前記第１側面および前記第２側面から導出される、〔９〕に記載のバイオガスの導出方法。
　〔１１〕前記戻し工程において、前記タンクから導出された前記バイオガスの少なくとも一部を圧縮して前記タンクに戻す、〔９〕または〔１０〕に記載のバイオガスの導出方法。
　本開示によれば、バイオガスを効率的に導出させることができるバイオガスの貯蔵装置およびバイオガスの導出方法を提供することができる。
図１は、本実施形態におけるバイオガスの貯蔵装置の構成の一例を示す概略図である。 図２は、本実施形態におけるバイオガスの貯蔵装置に備わるタンクの一例を示す平面図である。 図３は、本実施形態におけるバイオガスの貯蔵装置に備わるタンクの一例を示す側面図である。 図４は、本実施形態におけるバイオガスの貯蔵装置を搭載した車両を示す概略図である。
　以下、本開示の実施形態が説明される。ただし以下の説明は請求の範囲を限定するものではない。
　＜バイオガスの貯蔵装置＞
　図１を参照して、本実施形態におけるバイオガスの貯蔵装置２０は、バイオガスを貯蔵するためのタンク１と、タンク１に接続される配管であって、タンク１にバイオガスを導入およびタンク１からバイオガスを導出するためのバイオガス導入出配管２と、タンク１とバイオガス導入出配管２とを接続する配管であって、タンク１から導出されたバイオガスの少なくとも一部をタンク１に戻すバイオガス戻し配管３と、を備える。タンク１には、バイオガスを吸着する吸着材が充填されている。
　以下、本実施形態におけるバイオガスの貯蔵装置２０について説明する。
　《バイオガス》
　本実施形態において、「バイオガス」とは、家畜の糞尿および食品の残渣からなる群より選択される少なくとも１種を由来とするガスであって、少なくともメタンおよび炭酸ガス（ＣＯ２）を含むガスを示す。バイオガス中のメタンの濃度は、例えば、５０体積％以上６５体積％以下であり、バイオガス中のＣＯ２の濃度は、例えば、２５体積％以上４０体積％以下である。バイオガスは、例えば、窒素、酸素等のその他のガスを含んでいてもよい。バイオガス中の窒素の濃度は、例えば、５体積％以上１５体積％以下であってもよく、バイオガス中の酸素の濃度は、例えば、０．１体積％以上５体積％以下であってもよい。バイオガスは、予め硫化水素および水分が除去されていることが好ましい。
　《タンク》
　図２は、タンク１の一例を示す平面図であり、図３は、タンク１の一例を示す側面図である。タンク１は、バイオガスを貯蔵する。タンク１は、耐圧構造を有する。タンク１は、第１側面６および第２側面７を有する。この場合、第２側面７は、第１側面６に対向する側面である。
　タンク１は、長手方向および短手方向を有することが好ましい。この場合、第１側面６および第２側面７は、長手方向と交差する側面である。すなわち、第１側面６および第２側面７は、短手方向と平行する側面である。図２および図３を参照して、長手方向は、図２の左右方向であり、短手方向は、図３の左右方向である。また、図２に記載されるように、長手方向が水平方向となるように設置して使用されることがより好ましい。
　タンク１には、吸着材が充填されている。吸着材としては、メタンおよびＣＯ２を吸着可能な吸着材が用いられる。このような吸着材としては、例えば、活性炭が挙げられる。活性炭は、例えば、ヤシガラ、石炭、木炭、フェノール樹脂等を原料とする。活性炭は、例えば、粉末活性炭、破砕炭、造粒炭等であってもよい。活性炭の粒度は、例えば、０．３ｍｍ以上０．８ｍｍ以下であってもよい。本実施形態では、破砕炭が好適に用いられる。
　タンク１は、吸着材充填部８を有していてもよい。吸着材充填部８は、タンク１の上部に設置されていることが好ましい。吸着材充填部８をタンク１の上部に設置することで、効率的に吸着材をタンク１に充填することができる。また、吸着材充填部８を複数有することで、より効率的に吸着材を充填することができる。なお、図２中、吸着材充填部８を３個設けているのは一例であり、個数は限定されない。
　《バイオガス導入出配管》
　バイオガス導入出配管２は、タンク１に接続される配管である。バイオガスは、バイオガス導入出配管２を介して、タンク１に導入またはタンク１から導出される。すなわち、バイオガス導入出配管２は、バイオガスをタンク１に導入する場合は、バイオガス導入配管として、バイオガスをタンク１から導出する場合は、バイオガス導出配管として、それぞれ機能する。
　本実施形態におけるバイオガスの貯蔵装置２０は、少なくとも１つのバイオガス導入出配管２を備えていればよいが、２つのバイオガス導入出配管２（第１バイオガス導入出配管２ａおよび第２バイオガス導入出配管２ｂ）を備えていることが好ましい。この場合、第１バイオガス導入出配管２ａはタンク１の第１側面６に、第２バイオガス導入出配管２ｂはタンク１の第２側面７に、それぞれ接続されている。
　タンク１にバイオガスを導入する場合、バイオガスの吸着による吸着熱が発生し、タンク１の温度が上昇する。したがって、一方のバイオガス導入出配管２からバイオガスを導入し、もう一方のバイオガス導入出配管２から吸着熱を放出することにより、タンク１の温度の上昇を抑制することができる。
　１つのバイオガス導入出配管２を介してタンク１からバイオガスを導出する場合、導出されるバイオガスの組成が偏るおそれがある。したがって、双方のバイオガス導入出配管２からバイオガスを導出することにより、導出されるバイオガスの組成を均一にすることができる。
　本実施形態におけるバイオガスの貯蔵装置２０は、第１バルブ４を備えていてもよい。タンク１へのバイオガスの導入およびタンク１からのバイオガスの導出は、第１バルブ４により調節される。
　《バイオガス戻し配管》
　バイオガス戻し配管３は、タンク１とバイオガス導入出配管２とを接続する配管である。タンク１から導出されたバイオガスの少なくとも一部は、バイオガス戻し配管３を介してタンク１に戻る。このようにすることで、導出されるバイオガスの組成を均一にすることができる。
　バイオガス戻し配管３は、第１側面６以外および第２側面７以外の面であり、バイオガス導入出配管２に近い側に接続されていることが好ましい。このようにすることで、導出されるバイオガスの組成をより均一にすることができる。図１を参照して、バイオガス戻し配管３は、例えば、タンク１の上部であり、第１バイオガス導入出配管２ａに近い側に接続されていてもよい。この場合、第１バイオガス導入出配管２ａは、タンク１にバイオガスを導入する際のバイオガス導入配管として機能する。
　本実施形態におけるバイオガスの貯蔵装置２０は、第２バルブ５を備えていてもよい。バイオガス戻し配管３を介したタンク１へのバイオガスの戻しは、第２バルブ５により調節される。
　《圧縮手段》
　本実施形態におけるバイオガスの貯蔵装置２０は、圧縮機１３を備えていてもよい。圧縮機１３は、タンク１から導出されたバイオガスの少なくとも一部を圧縮する。タンク１から導出されたバイオガスは、圧力が低くなっている。また、タンク１からバイオガスを導出する場合、バイオガスの脱着による脱着熱がタンク１の温度を低下させる。タンク１の温度が低下することにより、バイオガスの導出が抑制されるものと考えられる。したがって、タンク１から導出されたバイオガスの少なくとも一部を圧縮機１３により圧縮してバイオガス戻し配管３によりタンク１に戻すことで、タンク１の温度の低下を抑制し、バイオガスの導出を促進させることができる。
　《その他》
　本実施形態におけるバイオガスの貯蔵装置２０は、加熱手段１１、バッファータンク１２および冷却手段１４を備えていてもよい。これらは、バイオガスを導出する場合に機能する。
　加熱手段１１は、導出されたバイオガスを加熱する。加熱手段１１は、導出されたバイオガスの温度が低い場合に使用されてもよい。バッファータンク１２は、導出されたバイオガスを一時的に貯留する。冷却手段１４は、圧縮されたバイオガスを冷却する。冷却手段１４は、圧縮されたバイオガスの温度が高い場合に使用されてもよい。
　第１バルブ４および第２バルブ５は、ハンドリングの観点から、第１側面６側に設けられていることが好ましい。
　本実施形態におけるバイオガスの貯蔵装置２０は、例えば、牧場で飼育されている家畜の糞尿を由来とするバイオガスの捕集に好適に使用される。このような観点から、バイオガスの貯蔵装置２０を可搬式にすることが好ましい。可搬式としては、例えば、図４に示すように、バイオガスの貯蔵装置２０を搭載した車両１５（ローリー）等が挙げられる。
　＜バイオガスの導出方法＞
　本実施形態におけるバイオガスの導出方法は、タンクからバイオガスを導出する導出工程と、導出工程で導出されたバイオガスの少なくとも一部を圧縮してタンクに戻す戻し工程と、を備える。導出工程を行いながら、戻し工程は行われる。
　以下、図１～３を参照して、本実施形態におけるバイオガスの導出方法について説明する。
　（導出工程）
　導出工程とは、タンク１からバイオガスを導出する工程である。
　本実施形態におけるバイオガスの貯蔵装置２０において、タンク１からのバイオガスの導出は、バイオガス導入出配管２を介して実施される。タンク１およびバイオガス導入出配管２の詳細は、上述の通りである。
　タンク１からのバイオガスの導出は、第１側面６および第２側面７から実施されることが好ましい。第２側面７は、第１側面６に対向する側面である。このようにすることで、導出されるバイオガスの組成を均一にすることができる。
　（戻し工程）
　戻し工程とは、導出工程で導出されたバイオガスの少なくとも一部をタンク１に戻す工程である。
　本実施形態におけるバイオガスの貯蔵装置２０において、タンク１へのバイオガスの戻しは、バイオガス戻し配管３を介して実施される。バイオガス戻し配管３の詳細は、上述の通りである。
　導出工程を行いながら、戻し工程は行われる。導出工程を行いながら戻し工程を行うことで、導出されるバイオガスの組成を均一にすることができる。
　戻し工程において、タンク１から導出されたバイオガスの少なくとも一部を圧縮してタンク１に戻すことが好ましい。タンク１から導出されたバイオガスは、圧力が低くなっている。また、タンク１からバイオガスを導出する場合、バイオガスの脱着による脱着熱がタンク１の温度を低下させる。タンク１の温度が低下することにより、バイオガスの導出が抑制されるものと考えられる。したがって、タンク１から導出されたバイオガスの少なくとも一部を圧縮機１３により圧縮してバイオガス戻し配管３によりタンク１に戻すことで、タンク１の温度の低下を抑制し、バイオガスの導出を促進させることができる。
　以下、実施例が説明される。ただし以下の例は、請求の範囲を限定するものではない。
　＜実施例１＞
　図１に記載の構成を有する装置が準備された。家畜の糞尿由来のバイオガスが準備された。該バイオガスは、メタンを約５４体積％、ＣＯ２を約４０体積％、窒素を約５体積％、酸素を約１体積％含むものであった。バイオガスの成分の分析は、ガスクロマトグラフィーにより行われた。吸着材として活性炭がタンク１に充填された。該バイオガスが、バイオガス導入出配管２ａを介してタンク１に充填された。充填後のタンク１の温度は４０℃であった。
　次に、タンク１からバイオガス導入出配管２ａおよびバイオガス導入出配管２ｂを介してバイオガスの導出を行った。バイオガスの導出量は１００Ｎｍ３／ｈとした。導出されたバイオガスは、加熱手段１１により加熱され、バッファータンク１２に貯留された。導出されたバイオガスの温度は、加熱手段１１により２０℃になるように調節された。貯留されたバイオガスは、圧縮機１３により０．８５ＭＰａＧまで圧縮された。圧縮後のバイオガスは、冷却手段１４により４０℃まで冷却された。その後、バイオガスの一部が、バイオガス戻し配管３によりタンク１に戻された。バイオガスの戻し量は６０Ｎｍ３／ｈとした。バイオガスの導出は、１２時間行われた。
　＜比較例１＞
　導出されたバイオガスの一部がバイオガス戻し配管３によりタンク１に戻されなかった点を除いては、実施例１と同じ方法および条件でバイオガスの導出を行った。
　＜評価＞
　実施例１および比較例１において、導出開始直後および導出終了時の図１中のポイント１におけるバイオガスの組成と、導出終了時のタンク１の温度とを測定した。
　＜結果＞
　実施例１において、導出開始直後の図１中のポイント１におけるバイオガスは、メタンを約５１体積％、ＣＯ２を約３３体積％、窒素を約１４体積％、酸素を約２体積％含むものであった。導出終了時の図１中のポイント１におけるバイオガスは、メタンを約４９体積％、ＣＯ２を約４０体積％、窒素を約１０体積％、酸素を約１体積％含むものであった。また、導出終了時のタンク１の温度は、１８℃であった。
　一方、比較例１において、導出開始直後の図１中のポイント１におけるバイオガスは、メタンを約６０体積％、ＣＯ２を約２６体積％、窒素を約１３体積％、酸素を約１体積％含むものであった。導出終了時の図１中のポイント１におけるバイオガスは、メタンを約５５体積％、ＣＯ２を約３９．５体積％、窒素を約５体積％、酸素を約０．５体積％含むものであった。また、導出終了時のタンク１の温度は、５℃であった。
　実施例１では、導出開始直後および導出終了時のバイオガスの組成、ならびに、導出開始前および導出終了時のタンク１の温度は、変動が小さかった。一方、比較例１では、導出開始直後および導出終了時のバイオガスの組成、ならびに、導出開始前および導出終了時のタンク１の温度は、実施例１よりも変動が大きかった。したがって、タンク１から導出されたバイオガスの少なくとも一部を圧縮してタンク１に戻すことにより、導出されるバイオガスの組成およびタンク１の温度は安定するものと考えられる。
　このように、本開示に記載のバイオガスの貯蔵装置およびバイオガスの導出方法を用いることによって、バイオガスを効率的に導出させることができる。また、本開示においては、廃棄されていた家畜の糞尿を有効活用していることから、持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ）の一部活動に貢献することができる。
　今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
　１　タンク、２，２ａ，２ｂ　バイオガス導入出配管、３　バイオガス戻し配管、４　第１バルブ、５　第２バルブ、６　第１側面、７　第２側面、８　吸着材充填部、１１　加熱手段、１２　バッファータンク、１３　圧縮機、１４　冷却手段、１５　車両、２０　バイオガスの貯蔵装置。

Claims (11)

  1. 　バイオガスを吸着する吸着材を含む、前記バイオガスを貯蔵するためのタンクと、
    　前記タンクに接続される配管であって、前記タンクに前記バイオガスを導入および前記タンクから前記バイオガスを導出するためのバイオガス導入出配管と、
    　前記タンクと前記バイオガス導入出配管とを接続する配管であって、前記タンクから導出された前記バイオガスの少なくとも一部を前記タンクに戻すためのバイオガス戻し配管と、を備える、バイオガスの貯蔵装置。
  2. 　前記バイオガス導入出配管は、第１バイオガス導入出配管および第２バイオガス導入出配管を含み、
    　前記第１バイオガス導入出配管は、前記タンクの第１側面に接続されており、
    　前記第２バイオガス導入出配管は、前記タンクの第２側面に接続されており、
    　前記第２側面は、前記第１側面に対向する側面である、請求項１に記載のバイオガスの貯蔵装置。
  3. 　前記タンクは、長手方向および短手方向を有し、
    　前記第１側面および前記第２側面は、前記長手方向と交差する側面である、請求項２に記載のバイオガスの貯蔵装置。
  4. 　前記長手方向が水平方向となるように設置して使用される、請求項３に記載のバイオガスの貯蔵装置。
  5. 　前記タンクから導出された前記バイオガスの少なくとも一部を圧縮する圧縮機を備える、請求項１から４のいずれか１項に記載のバイオガスの貯蔵装置。
  6. 　前記バイオガス導入出配管を開閉する第１バルブと、
    　前記バイオガス戻し配管を開閉する第２バルブと、を備え、
    　前記第１バルブおよび前記第２バルブは、前記第１側面側に設けられている、請求項２から５のいずれか１項に記載のバイオガスの貯蔵装置。
  7. 　可搬式である、請求項１から６のいずれか１項に記載のバイオガスの貯蔵装置。
  8. 　前記バイオガスは、家畜の糞尿および食品の残渣からなる群より選択される少なくとも１種を由来とするガスであり、
    　前記バイオガスは、少なくともメタンおよび炭酸ガスを含む、請求項１から７のいずれか１項に記載のバイオガスの貯蔵装置。
  9. 　請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のバイオガスの貯蔵装置からバイオガスを導出する方法であって、
    　前記タンクから前記バイオガスを導出する導出工程と、
    　前記導出工程で導出された前記バイオガスの少なくとも一部を前記タンクに戻す戻し工程と、を備え、
    　前記導出工程を行いながら、前記戻し工程を行う、バイオガスの導出方法。
  10. 　前記タンクは、第１側面および第２側面を有し、
    　前記第２側面は、前記第１側面に対向する側面であり、
    　前記導出工程で導出される前記バイオガスは、前記第１側面および前記第２側面から導出される、請求項９に記載のバイオガスの導出方法。
  11. 　前記戻し工程において、前記タンクから導出された前記バイオガスの少なくとも一部を圧縮して前記タンクに戻す、請求項９または１０に記載のバイオガスの導出方法。
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