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技術 吸着式消化ガス貯蔵用圧力容器

出願人 大阪瓦斯株式会社
発明者 関建司
出願日 1999年12月27日 (21年2ヶ月経過) 出願番号 1999-369406
公開日 2001年7月6日 (19年7ヶ月経過) 公開番号 2001-182897
状態 未査定
技術分野 圧力容器;ガスの充填・放出 ガス貯蔵容器;ガスの充填・放出
主要キーワード 吸着空間 同一開口 パイプ形 フマル酸銅 貯蔵法 ガス貯蔵量 貯蔵ガス 貯蔵圧力
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この項目の情報は公開日時点(2001年7月6日)のものです。
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図面 (3)

課題

消化ガス加圧下に吸着貯蔵するに際し、繰り返し使用による貯蔵性能の低下が少なく、定常状態での貯蔵能力が高い装置を提供することを主な目的とする。

解決手段

消化ガスを常圧以上で貯蔵するための吸着式圧力容器において、圧力容器のガス受け入れ口および払い出し口を同一側面に設けたことを特徴とする吸着式圧力容器。

概要

背景

従来からも、上述の生物学的処理を大規模に行う処理施設(以下「大規模処理施設」ということがある)では、発生した消化ガスを常圧あるいは加圧下に圧力容器乃至ガスホルダー貯蔵しておき、必要に応じて脱着を行って、発電用あるいは加熱用原料として使用している。

しかしながら、メタン二酸化炭素を含む消化ガスを吸着貯蔵する場合には、メタンに比して、二酸化炭素が吸着されやすくかつ脱着されにくいので、消化ガスの吸脱着操作を繰り返し行うことにより、圧力容器内に残存する二酸化炭素量が次第に増大して、消化ガスの吸着能が低下する(貯蔵量が減少する)という問題点がある。ただし、吸脱着操作をある回数上行うと、定常状態となり、消化ガスの貯蔵量はそれ以降低下しなくなる。

例えば、図2に概略的に示す様に、上部に受け入れ口(受け入れノズル)を備え、下部に払い出し口(払い出しノズル)を備えた通常の縦置き圧力容器27内では、上記の理由により、圧力容器27の上方部分では、吸着されやすい二酸化炭素の濃度が高く、下方部分では、メタンの濃度が高くなる。この状態で、ライン21およびバルブ25を備えたライン23を経て、上部から消化ガスを受け入れる吸着工程と、バルブ31を備えたライン29を経て下部から消化ガスの脱着工程とを繰り返し行うと、圧力容器内部全体に二酸化炭素の吸着空間が広がって、消化ガスの貯蔵性能が低下する。同様の現象は、一側面に受け入れ口(受け入れノズル)を備え、対向する側面に払い出し口(払い出しノズル)をそなえた通常の横置き圧力容器においても、認められる。

概要

消化ガスを加圧下に吸着貯蔵するに際し、繰り返し使用による貯蔵性能の低下が少なく、定常状態での貯蔵能力が高い装置を提供することを主な目的とする。

消化ガスを常圧以上で貯蔵するための吸着式圧力容器において、圧力容器のガス受け入れ口および払い出し口を同一側面に設けたことを特徴とする吸着式圧力容器。

目的

従って、本発明は、消化ガスを加圧下に吸着貯蔵するに際し、繰り返し使用による貯蔵性能の低下が少なく、定常状態での貯蔵能力が高い装置を提供することを主な目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

消化ガスを常圧以上で貯蔵するための吸着式圧力容器において、圧力容器のガス受け入れ口および払い出し口を同一側面に設けたことを特徴とする吸着式圧力容器。

請求項2

ガス受け入れ口および払い出し口が、同一の機構により構成されている請求項1に記載の吸着式圧力容器。

請求項3

ガス受け入れ口および払い出し口が、独立した機構により構成されている請求項1に記載の吸着式圧力容器。

請求項4

吸着式圧力容器が、円筒形パイプ形または球形である請求項1に記載の吸着式圧力容器。

請求項5

圧力容器が球形であり、そのガス受け入れ口および払い出し口が、ともに容器の上側面あるいは下側面に設けられている請求項4に記載の吸着式圧力容器。

請求項6

圧力容器が横置き円筒形であり、そのガス受け入れ口および払い出し口が、容器の同側面に設けられている請求項4に記載の吸着式圧力容器。

請求項7

圧力容器が縦置き円筒形であり、そのガス受け入れ口および払い出し口が、容器の同側面に設けられている請求項4に記載の吸着式圧力容器。

請求項8

予め硫化水素および/または水分を除去した消化ガスを収容する請求項1〜7のいずれかに記載の吸着式圧力容器。

請求項9

圧力容器が、地中埋設されている請求項1〜8のいずれかに記載の吸着式圧力容器。

技術分野

0001

本発明は、下水処理場ビール製造工場家畜家禽類(、鶏など)の飼育場での廃棄物処理場などにおける生物学的処理に際し発生する消化ガス貯蔵容器に関する。

背景技術

0002

従来からも、上述の生物学的処理を大規模に行う処理施設(以下「大規模処理施設」ということがある)では、発生した消化ガスを常圧あるいは加圧下に圧力容器乃至ガスホルダー貯蔵しておき、必要に応じて脱着を行って、発電用あるいは加熱用原料として使用している。

0003

しかしながら、メタン二酸化炭素を含む消化ガスを吸着貯蔵する場合には、メタンに比して、二酸化炭素が吸着されやすくかつ脱着されにくいので、消化ガスの吸脱着操作を繰り返し行うことにより、圧力容器内に残存する二酸化炭素量が次第に増大して、消化ガスの吸着能が低下する(貯蔵量が減少する)という問題点がある。ただし、吸脱着操作をある回数上行うと、定常状態となり、消化ガスの貯蔵量はそれ以降低下しなくなる。

0004

例えば、図2に概略的に示す様に、上部に受け入れ口(受け入れノズル)を備え、下部に払い出し口(払い出しノズル)を備えた通常の縦置き圧力容器27内では、上記の理由により、圧力容器27の上方部分では、吸着されやすい二酸化炭素の濃度が高く、下方部分では、メタンの濃度が高くなる。この状態で、ライン21およびバルブ25を備えたライン23を経て、上部から消化ガスを受け入れる吸着工程と、バルブ31を備えたライン29を経て下部から消化ガスの脱着工程とを繰り返し行うと、圧力容器内部全体に二酸化炭素の吸着空間が広がって、消化ガスの貯蔵性能が低下する。同様の現象は、一側面に受け入れ口(受け入れノズル)を備え、対向する側面に払い出し口(払い出しノズル)をそなえた通常の横置き圧力容器においても、認められる。

発明が解決しようとする課題

0005

従って、本発明は、消化ガスを加圧下に吸着貯蔵するに際し、繰り返し使用による貯蔵性能の低下が少なく、定常状態での貯蔵能力が高い装置を提供することを主な目的とする。

課題を解決するための手段

0006

本発明者は、上記の様な技術の現状に留意しつつ、研究を重ねた結果、消化ガス貯蔵用圧力容器において、受け入れ口(受け入れノズル)と払い出し口(払い出しノズル)とを同じ側面に設ける場合には、ノズルに近い空間部の吸着材に選択的に吸着されていた二酸化炭素が効率よくパージされるので、上記の目的を達成しうることを見出した。

0007

すなわち、本発明は、下記の吸着式消化ガス貯蔵用圧力容器を提供するものである:
1.消化ガスを常圧以上で貯蔵するための吸着式圧力容器において、圧力容器のガス受け入れ口および払い出し口を同一側面に設けたことを特徴とする吸着式圧力容器。
2.ガス受け入れ口および払い出し口が、同一の機構により構成されている上記項1に記載の吸着式圧力容器。
3.ガス受け入れ口および払い出し口が、独立した機構により構成されている上記項1に記載の吸着式圧力容器。
4.吸着式圧力容器が、円筒形パイプ形または球形である上記項1に記載の吸着式圧力容器。
5.圧力容器が球形であり、そのガス受け入れ口および払い出し口が、ともに容器の上側面あるいは下側面に設けられている上記項4に記載の吸着式圧力容器。
6.圧力容器が横置き円筒形であり、そのガス受け入れ口および払い出し口が、容器の同側面に設けられている上記項4に記載の吸着式圧力容器。
7.圧力容器が縦置き円筒形であり、そのガス受け入れ口および払い出し口が、容器の同側面に設けられている上記項4に記載の吸着式圧力容器。
8.予め硫化水素および/または水分を除去した消化ガスを収容する上記項1〜7のいずれかに記載の吸着式圧力容器。
9.圧力容器が、地中埋設されている上記項1〜7のいずれかに記載の吸着式圧力容器。

発明を実施するための最良の形態

0008

本発明においては、消化ガス中の硫化水素および水分を予め除去しておくことが好ましい。

0009

硫化水素は、吸着材を充填した吸着塔に消化ガスを通し、吸着脱硫させることにより、除去することができる。吸着材としては、従来から脱硫剤として使用されている活性炭ゼオライト金属酸化物(酸化銅酸化亜鉛など)が例示される。吸着時の温度および圧力は、消化ガス発生状態そのままでも良く、特に制限されないが、温度は、通常常温〜100℃程度(より好ましくは、常温〜60℃程度)であり、圧力は、常圧〜1MPa程度(より好ましくは、常圧〜0.5MPa程度)である。脱硫操作は、バッチ方式で行っても良く、或いは2以上を使用して、脱硫操作と脱硫剤の再生操作とを交互に行う連続再生処理方式で行っても良い。脱硫用吸着材再生は、吸着塔に加熱水蒸気を吹き込んで、硫化水素を分離することにより行われる。

0010

水分は、ゼオライトなどの吸着材による吸着分離方法膜分離方法冷却分離方法などの公知により、除去することができる。

0011

次いで、必要に応じて硫化水素および水分を除去された消化ガスを貯蔵装置(圧力容器)内に充填された吸着材に吸着させ、貯蔵する。吸着材としては、活性炭、ゼオライト、シリカゲル有機金属錯体(フマル酸銅シクロヘキサンジカルボン酸銅、スチルベンジカルボン酸銅、テレフタル酸銅ターフェニルジカルボン酸ビフェニルジカルボン酸銅、トランジカルボン酸銅など)などが例示される。これらの吸着材は、単独で使用しても良く、或いは2種以上を併用することもできる。吸着材として活性炭、ゼオライト或いはシリカゲルを使用する場合には、比表面積はできるだけ大きいことが好ましく、実用上少なくとも1000m2/g以上であることを必要とする。また、その細孔径は通常4〜12Å程度であり、より好ましくは8〜12Å程度である。

0012

消化ガス吸着時の温度および圧力は、特に制限されないが、温度は、通常常温〜100℃程度(より好ましくは、常温〜60℃程度)であり、圧力は、常圧以上(より好ましくは常圧〜3.4MPa程度)である。貯蔵圧力を高める必要がある場合には、コンプレッサーにより消化ガスを昇圧した後、吸着操作を行い、貯蔵する
本発明においては、消化ガス貯蔵装置(圧力容器)の形状は、任意であり、円筒形(縦置き方式および横置き方式)、パイプ形(縦置き方式および横置き方式)、角筒形(縦置き方式および横置き方式)、球形などが例示される。これらの中では、受けいれ口と払い出し口を設ける側面の面積をその他の面の面積よりも小さくすることができる円筒形およびパイプ形がより好ましい。

0013

図1円筒型貯蔵装置の一例を模式的に示す。上述の様に、本発明で使用する消化ガス貯蔵装置7においては、消化ガスの受け入れ口(受け入れノズル)と払い出し口(払い出しノズル)とを同じ側面に設けることを必須とする。受け入れ口(受け入れノズル)と払い出し口(払い出しノズル)とは、図1に示す様に単一の機構として設けられていても良く、あるいは、図示はしないが、それぞれが独立した機構として設けられていても良い。

0014

吸着操作時に際し、ガス払い出しライン11に設けたバルブ9を閉じた状態で、必要に応じて昇圧機などにより予め加圧した消化ガスをガス導入ライン1、バルブ3およびライン5を経て、開口(受け入れ口兼払い出し口)から貯蔵装置7内に導入すると、吸着されやすい二酸化炭素が、開口に近い空間部に充填された吸着材にまず選択的に高濃度に吸着される。これに対し、吸着されにくいメタンは、吸着材に全体的に高濃度に吸着される。所定量の消化ガス吸着操作を終えた時点で、ライン3に設けたバルブ5を閉じた後、貯蔵装置7内を所定圧力に維持して、消化ガスの貯蔵を行う。

0015

脱着操作時には、ライン11に設けたバルブ9を開き、吸着されているガスを脱着させる。この際、バルブ9の開放により、貯蔵装置7内の圧力が低下して、開口に近い空間部に充填された吸着材に高濃度で吸着されていた二酸化炭素の一部が脱着される。残余の二酸化炭素は、その理由は十分に解明されてはいないが、吸着材全体に吸着されていたメタンにより脱着されて、貯蔵装置7外にパージされるものと推測される。この脱着操作により、吸着されていたガスがライン5、バルブ9およびライン11を経て、払い出され、所定の用途に供される。

0016

本発明によれば、上記の様に推測される高濃度メタンによるパージ効果により、貯蔵装置内の吸着材からの二酸化炭素の脱着が容易に行われるので、消化ガスの吸着/脱着の繰り返し操作による貯蔵容器の貯蔵能の低下が効果的に抑制され、定常状態での消化ガス貯蔵性能が大幅に向上する。

発明の効果

0017

本発明によれば、吸着材を充填した貯蔵装置の消化ガス貯蔵性能を改善することができるので、貯蔵装置を小型化し、貯蔵施設全体の設備コストを低減させることができる。

0018

従って、本発明によれば、大規模処理施設における生物学的処理に伴って発生する消化ガスをより一層有効に利用することが可能となる。

0019

以下に実施例を示し、本発明の特徴とするところをより一層明確にする。
実施例1〜3および比較例1〜3
メタン65%と二酸化炭素35%とからなる模擬消化ガスを使用して、下記の要領により、各種の吸着材の吸着性能を評価した。

0020

まず、容積22ccの円筒型充填容器試料室に最大可能量の吸着材を充填し、温度調整器により温度を200℃に維持しつつ、真空ポンプにより、3時間にわたり約5torrで減圧脱気した。

0021

次いで、試料室を恒温槽の水により一定温度(298K)に保持し、マスフローメーターで流量を測定しながら、ヘリウムガスを試料室に導入し、圧力計で圧力を測定した。ヘリウムは、吸着材に全く吸着されないので、圧力とヘリウムガス導入量から吸着材の体積以外の実空間容積を算出した。

0022

次いで、上記と同様の条件下に試料室を脱気した後、一定温度(298K)に保持した状態で、流量を測定しながら、模擬消化ガスを導入し、圧力が安定した時点での圧力を測定した。この圧力と上記で求めた実空間容積から、実空間容積部に存在する模擬消化ガス量を算出した後、測定した導入模擬消化ガス量から実空間部に存在する算出模擬消化ガス量を減じて、ガス吸着量を算出した。また、模擬消化ガスの導入量から、試料室当たりの模擬消化ガス貯蔵量(吸着量+空隙部の圧縮ガス量)を算出した。

0023

なお、実施例1〜3においては、模擬消化ガスの受け入れ/払い出しは、円筒頂部の同一の開口から行ったのに対し、比較例1〜3においては、模擬消化ガスの受け入れを一方の円筒頂部に設けた開口から行い、払い出しを対向する円筒頂部に設けた他の開口から行った。

0024

定常状態で得られた結果を表1に示す。なお、参考として、吸着材を充填していない同一空容量の容器に同一組成の模擬消化ガスを圧縮貯蔵した場合の貯蔵量を基準とする“貯蔵倍率”を併せて示す。

0025

0026

表1に示す結果から明らかな様に、吸着材を用いる消化ガス貯蔵法は、圧縮による消化ガス貯蔵法に比して、大量の消化ガスを貯蔵することができる。

0027

さらに、吸着材を用いる消化ガスの貯蔵方法において、同一圧力/同一温度条件下では、貯蔵ガスの受け入れと払い出しとを貯蔵容器の同側面から行うことにより、ガス貯蔵量がより一層増大することが明らかである。

図面の簡単な説明

0028

図1ガスの受け入れ/払い出しを容器の同一開口から行う、本発明による吸着式消化ガス貯蔵用圧力容器の概要を示す模式図である。
図2上部に受け入れ口(受け入れノズル)を備え、下部に払い出し口(払い出しノズル)を備えた吸着式消化ガス貯蔵用圧力容器の概要を示す模式図である。

--

0029

1…ガス導入ライン
3…バルブ
5…ガスライン
7…貯蔵装置
9…バルブ
11…ガス払い出しライン

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