JP2002372194A - 消化ガスの吸着貯蔵方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 消化ガスをエネルギー源として有効に利用で
きるよう、消化ガスを効率よく吸着貯蔵する方法の提
供。 【解決手段】 生物学的処理に際し発生する消化ガスか
ら硫化水素を除去し、硫化水素が除去された消化ガスを
加圧した後、水分を除去し、次いで吸着貯蔵することを
特徴とする消化ガスの吸着貯蔵方法

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、生物学的処理に際
し発生する消化ガスをエネルギー源として有効に利用す
るための、消化ガスの貯蔵方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】下水処理場、食品工場、ビール製造工
場、家畜の飼育場等で生じる有機性廃棄物を生物学的に
処理すると、メタン、二酸化炭素、硫化水素等からなる
消化ガスが発生する。近年、かかる消化ガスをエネルギ
ー源として有効利用するために、例えば、生物学的処理
に際し発生する消化ガスを吸着貯蔵する消化ガスの貯蔵
方法等の技術が研究されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記技
術では、消化ガスをそのまま吸着貯蔵した場合、または
各ガス成分に分離してから吸着貯蔵した場合のいずれ
も、吸着効率が徐々に低下するため、消化ガスの大量処
理には適さないという問題を有している。

【０００４】したがって、本発明は、消化ガスをエネル
ギー源として有効に利用できるよう、消化ガスを効率よ
く吸着貯蔵する方法を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記目的を
達成すべく鋭意研究した結果、消化ガスが有する水分に
着目した。そして、消化ガスから硫化水素を除去した
後、水分を除去し、その後吸着貯蔵すれば、吸着効率が
低下することなく、消化ガスを大量に処理することがで
きることを見出し、本発明を完成した。

【０００６】すなわち、本発明は、生物学的処理に際し
発生する消化ガスから硫化水素を除去し、硫化水素が除
去された消化ガスを加圧した後、水分を除去し、次いで
吸着貯蔵することを特徴とする消化ガスの吸着貯蔵方法
を提供するものである。また、本発明は、上記消化ガス
の吸着貯蔵方法において、硫化水素を除去した後、水分
を除去する前に、二酸化炭素を除去することを特徴とす
る消化ガスの吸着貯蔵方法を提供するものである。ま
た、本発明は、上記消化ガスの吸着貯蔵方法において、
吸着貯蔵を行う吸着槽中で吸着されていない消化ガスの
一部を、水分除去を行う脱湿機に還流して水分を除去し
ながら吸着貯蔵を行うことを特徴とする消化ガスの吸着
貯蔵方法を提供するものである。

【０００７】

【発明の実施の形態】通常の燃料用ガスからメタンやエ
タンを吸着貯蔵する技術は知られていたが、かかる技術
を消化ガスにそのまま応用しても、吸着貯蔵効率は向上
しなかった。通常の燃料用ガスには水分がほとんど含ま
れていないため、燃料用ガスから水分を除去するという
技術思想は存在しなかった。しかるところ、本発明は、
消化ガスから水分を除去することによって消化ガスの吸
着効率を向上させることを可能にしたものであるが、消
化ガスから水分を除去することによって消化ガスの吸着
効率が向上することは、当業者といえども全く想到し得
ないことであった。

【０００８】本発明において、消化ガスは、下水処理
場、食品工場、ビール製造工場、家畜の飼育場等で生じ
る廃棄物を生物学的に処理したものであれば、廃棄物の
内容、生物学的処理の方法等に特に制限はない。消化ガ
スの組成は、一般にメタンを主成分とし、二酸化炭素、
水素、窒素、硫化水素等からなる。

【０００９】本発明の消化ガスの吸着貯蔵方法は、まず
消化ガスから硫化水素を除去する。脱硫化水素の手段と
しては、乾式脱硫法と湿式脱硫法がある。乾式脱硫法に
は成形脱硫剤式が多く使用されている。成形脱硫剤式
は、鉄粉、粘土等でペレット状にした成形脱硫剤を脱硫
塔内に充填し、消化ガスと接触させるものであり、取り
出した使用済みの脱硫剤は処分する。湿式脱硫法には、
水洗浄式、アルカリ洗浄式及び薬液再生式がある。この
うち、水洗浄式は、下水処理の場合は下水処理水、その
他の処理場の場合は井戸水、工業用水又は水道水と、消
化ガスとを向流接触させるものである。脱硫時の温度及
び圧力は、消化ガス発生状態そのままでもよく、特に制
限はない。

【００１０】硫化水素を除去した後、消化ガスから水分
を除去する。水分の除去は、消化ガスを加圧して行うこ
とが好ましい。具体的には、脱硫時の圧力そのままで、
又は消化ガスをコンプレッサー等で吸着貯蔵させようと
する圧力に調整して水分を除去することが好ましい。水
分除去の方法としては、例えば吸着材により水分を吸着
させる方法、機械的に除湿する方法等が挙げられる。こ
のうち、水分除去効率向上の観点から、機械的除湿方法
が好ましく、冷凍雰囲気下で除湿する方法が特に好まし
い。

【００１１】水分除去により、消化ガス中の水蒸気圧
は、吸着させようとする圧力において露点１０℃以下相
当の９．２ｍｍＨｇ、特に０℃以下相当の４．６ｍｍＨ
ｇが好ましい。露点０℃以下とすることにより、消化ガ
スの吸着効率がさらに向上する。水蒸気圧は、除湿機に
導入する消化ガスの流量によってコントロールすること
ができる。

【００１２】次いで、硫化水素と水分を除去した消化ガ
スを吸着貯蔵する。吸着貯蔵の方法に特に制限はない
が、例えば吸着材が充填された吸着槽に消化ガスを通
し、吸着させ、貯蔵する方法等が挙げられる。吸着材と
しては、例えば活性炭、人工ゼオライト、天然ゼオライ
ト、シリカゲル、有機金属錯体（フマル酸銅、テレフタ
ル酸銅等）が挙げられ、これらを１種又は２種以上用い
ることができる。吸着材として活性炭等を用いる場合、
通常ガス処理に用いられる比表面積１０００ｍ²／ｇ程
度、細孔径２０Å以下、細孔容積０．２〜１．０ｍｌ／
ｇが好ましい。吸着時の温度、圧力に特に制限はない
が、温度は好ましくは外気温以下がよい。圧力は常圧以
上、特に常圧〜２Ｍｐａが好ましい。かかる消化ガスを
吸着する一連の工程を図１に示す。

【００１３】活性炭等は、雰囲気の相対湿度が４０％を
超えると、急速に水分を吸収し、これが消化ガスの吸着
の妨げとなる。また、任意圧力下で水分を含む消化ガス
を吸着した吸着材は、大気圧開放又は減圧されて吸着物
質の大部分を脱離した後も、水分をほとんど脱離しない
ため、その後の吸着操作の際は水分が吸着されず、吸着
材の周囲に取り残され、結露の原因となる。結露した水
は、吸着材の表面を覆い、吸着性を著しく低下させる。
したがって、消化ガスの吸着は、水分を除去しながら行
うことが好ましい。水分を除去する方法としては、吸着
貯蔵を行う吸着槽中で吸着されていない消化ガスの一部
を、コンプレッサー等を用いて水分除去を行う脱湿機に
還流し、脱湿機で水分を除去する方法が特に好ましい。
水分を除去された消化ガスは、再び吸着槽に送られ吸着
される。このときの水分除去は、上記と同様に、冷凍除
湿により行うことが特に好ましい。消化ガスの一部を還
流して脱湿する工程を含む、消化ガスを吸着する一連の
工程を図２に示す。

【００１４】吸着された消化ガスは、例えば消化ガスを
発生させる消化槽の加温に用いられる。しかしこの場
合、気候や消化処理される廃棄物の性質によっては、消
化槽の加温に消化ガスの全発生量を必要とせず、消化ガ
スが余剰となるという問題がある。また、吸着された消
化ガスは、パイプラインによって燃料消費地へ移送され
る場合がある。しかし、消化ガス発生場所からのパイプ
ライン移送が経済的に採算がとれない場合もある。した
がって、消化ガスを吸着する消化槽は、可搬式、すなわ
ち吸着槽のガス配管や架台がシステムから着脱可能であ
り、吸着槽が燃料需要地の所在にかかわらず効率的に輸
送できるものであることが好ましい。可搬式吸着槽は、
トラック等の輸送車両によって搬送可能であれば、形状
に特に制限はない。

【００１５】また、目的量の消化ガスを吸着貯蔵するた
めに、吸着槽は、小容量のものを複数使用するか、目的
量を満たす容量のものを１つ使用するか、いずれでもよ
い。前者の場合、吸着槽を規格品にすることによりコス
トダウンが可能となり、また小型であるため可搬式にし
やすく、利用者によるメンテナンスの負担が軽い等の利
点がある。後者の場合、設置面積が少なくてすむという
利点がある。

【００１６】本発明においては、消化ガスの熱エネルギ
ーとしての効率利用を図る観点から、吸着前に消化ガス
から二酸化炭素を除去しておくことが好ましい。脱二酸
化炭素は、脱硫化水素の後、水分除去の前に行うことが
好ましい。

【００１７】脱二酸化炭素の手段としては、例えば活性
炭、ゼオライト、金属酸化物等の二酸化炭素吸着材が充
填された吸着塔に通す方法；気体分離膜を用いて真空で
脱気する方法；多孔質中空糸膜を用いて分離する方法等
が挙げられる。このうち、二酸化炭素を選択的に除去で
き、かつコンパクトで経済的であることから、多孔質中
空糸膜、特に疎水性中空糸膜を用いることが好ましい。

【００１８】疎水性中空糸膜を用いて、消化ガスから二
酸化炭素を除去する原理について説明する。水中に、疎
水性中空糸を２本（ガス供給用及び回収用）置く。中空
糸は疎水性であるため、水はその中に入ってこない。供
給用の中空糸に高濃度の消化ガス（硫化水素を除去した
後のもの）を流し、回収用の中空糸内はガス濃度を低濃
度に保っておく。二酸化炭素は、他のガス成分と比べて
水に対する溶解性が高い。このため、二酸化炭素は、他
のガス成分よりも大量に、中空糸膜の微小孔を通って水
中に拡散、溶解する。そして、回収用中空糸膜に達した
二酸化炭素は、逆の過程を経て回収される。中空糸膜
は、多くの市販品（例えば、ＮＯＫ（株）製脱気膜モジ
ュール）があり、それらのいずれを用いてもよい。

【００１９】本発明において、疎水性中空糸膜を用い
て、硫化水素を除去した消化ガスから二酸化炭素を除去
するための好ましい態様を以下に示す。図４は、該態様
を実施するための概略説明図である。吸収部２及び放散
部３はポンプ４を介して水が循環している。硫化水素を
除去した消化ガスを、吸収部２内の中空糸膜（図示しな
い）に送る。二酸化炭素は、吸収部２内の水中に大量に
溶け込み、二酸化炭素含量の少なくなった消化ガスが排
気される。水中に溶け込んだ二酸化炭素は、ポンプ４を
介して放散部３に送られる。放散部３に送られた二酸化
炭素は、放散部３内の中空糸膜（図示しない）に回収さ
れて排気される。消化ガスの一部を還流して脱湿する工
程及び二酸化炭素を除去する工程を含む、消化ガスを吸
着する一連の工程を図３に示す。

【００２０】本発明においては、硫化水素を除去した
後、二酸化炭素及び水分を除去する前に、消化ガスに含
まれるメタンガスを水素に改質することもできる。改質
を行うことにより、一酸化炭素と水素が効率よく製造さ
れるため、得られた吸着貯蔵消化ガスは、燃料電池用原
料として有用である。改質は、熱改質、触媒改質等の常
法にしたがって行うことができる。

【００２１】

【発明の効果】本発明の方法は、消化ガスから水分を除
去するという全く新しい消化ガスの吸着貯蔵方法であ
り、消化ガスを効率よく貯蔵することが可能となり、生
物学的処理設備の規模に無関係に、消化ガス中の有効成
分をほぼ全量利用し得ることが可能となつた。水分の除
去は、加圧して、冷凍除湿により行うとより効果的であ
る。また、吸着中にも水分除去を行うこと、特に吸着槽
中で吸着されていない消化ガスを脱湿槽に還流して水分
除去を行うと、さらに効果的である。また、水分除去の
前に、消化ガス中の二酸化炭素を、特に中空糸膜を用い
て除去すれば、消化ガス中の有効成分をさらに効率よく
貯蔵することができる。さらに、水分等除去の前に、消
化ガスに含まれるメタンガスを改質処理すると、貯蔵消
化ガスは、燃料電池用原料として用いることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 消化ガスを吸着貯蔵するための工程図であ
る。

【図２】 消化ガスを吸着貯蔵するための工程図であ
る。

【図３】 消化ガスを吸着貯蔵するための工程図であ
る。

【図４】 消化ガスから二酸化炭素を除去するための、
装置の一例を示した概略説明図である。

【符号の説明】

１：二酸化炭素除去装置 ２：吸収部 ３：放散部 ４：ポンプ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 澤原 大道 東京都中央区佃２丁目17番15号 月島機械 株式会社内 Ｆターム(参考） 3E072 EA01 4D052 AA02 BA04

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 生物学的処理に際し発生する消化ガスか
   ら硫化水素を除去し、硫化水素が除去された消化ガスを
   加圧した後、水分を除去し、次いで吸着貯蔵することを
   特徴とする消化ガスの吸着貯蔵方法。
2. 【請求項２】 硫化水素を除去した後、水分を除去する
   前に、二酸化炭素を除去することを特徴とする請求項１
   に記載の消化ガスの吸着貯蔵方法。
3. 【請求項３】 吸着貯蔵を行う吸着槽中で吸着されてい
   ない消化ガスの一部を、水分除去を行う脱湿機に還流し
   て水分を除去しながら吸着貯蔵を行うことを特徴とする
   請求項１又は２に記載の消化ガスの吸着貯蔵方法。