JP4823861B2 - Gas storage and delivery method and apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、ガス貯蔵送出方法及び装置に係り、特に、消化ガスの高密度貯蔵に好適なガス貯蔵送出方法及び装置に関する。 The present invention relates to a gas storage and delivery method and apparatus, and more particularly to a gas storage and delivery method and apparatus suitable for high-density storage of digestion gas.
近年、資源有効利用、環境保全に対する社会的要請により、下水処理、畜産廃棄物処理等に伴い発生する消化ガス(バイオガス)の有効利用が求められている。この種の技術に関しては、消化ガスを脱硫・除湿・加圧した後に、吸着材を用いて貯蔵する技術が開示されている(例えば特許文献1)。 In recent years, due to social demands for effective use of resources and environmental conservation, effective use of digestion gas (biogas) generated with sewage treatment, livestock waste treatment, and the like has been demanded. Regarding this type of technology, a technology for storing digestion gas using an adsorbent after desulfurization, dehumidification, and pressurization is disclosed (for example, Patent Document 1).
しかしながら、消化ガスの主成分であるメタン(CH4)と二酸化炭素(CO2)では、CO2の方が吸着され易く脱着し難いため、容器内圧力に対応して送出ガスの組成が変動するという問題がある。このため、特許文献1では貯蔵圧力を一定範囲に限定することにより、脱着ガスの組成及び熱量変動を小さくする方法を採用しているが、高密度の貯蔵が難しいという問題がある。
However, in methane (CH4) and carbon dioxide (CO2), which are the main components of digestion gas, CO2 is more easily adsorbed and is less likely to be desorbed, so that there is a problem that the composition of the delivery gas varies according to the pressure in the container. is there. For this reason,
組成変動を解消し、かつ、高密度貯蔵を両立させるものとして、吸着貯蔵した消化ガスを脱着して貯蔵容器から追い出す際に、カスケード方式により熱量調整を行う技術が開示されている(例えば特許文献2)。図21は、この方式によるガス貯蔵送出装置100を示す。すなわち、吸着材を充填した貯蔵ホルダー101からの脱着ガスと、天然ガス等の高熱量ガスを混合器105で混合して供給するものである。この場合、熱量調整は、熱量記録調節計106からの出力信号に基づき、流量比率調節計102によりオリフィス103,104の開度を調節して、脱着ガスと高熱量ガスの混合比を調節している。
しかしながら、特許文献2の方法によれば、消化ガスの他に天然ガス等の高熱量ガスが必須であり、また高度の熱量調整手段が必要となるためコストアップが避けられないという問題がある。
However, according to the method of
本発明は、このような課題を解決するためのものであって、高熱量ガスや高度の熱量調整手段を必要とすることなく、消化ガス等を高密度貯蔵し、組成変動を抑えて送出可能とするガス貯蔵送出方法及び装置を提供するものである。本発明は、以下の内容を要旨とする。すなわち、
請求項1の発明は、同一圧力において吸着材に対する吸着量及び脱着量が異なる複数成分を含む対象ガスを、該吸着材を充填した複数の貯蔵ホルダーに分散貯蔵し、貯蔵ホルダー下流側で混合して送出するガス貯蔵送出方法であって、各貯蔵ホルダーに対する流入量及び送出量を制御して、貯蔵圧力を適宜調整することにより、貯蔵ホルダーごとに送出ガスのガス組成を異ならしめ、混合後の送出ガスの管理対象物理量を、所望の範囲に制御することを特徴とするガス貯蔵送出方法である。
The present invention is for solving such problems, and can store digestion gas and the like at a high density without requiring a high calorific gas or a high calorie adjusting means, and can send out the composition with less fluctuation. A gas storage and delivery method and apparatus are provided. The gist of the present invention is as follows. That is,
In the first aspect of the invention, the target gas containing a plurality of components having different amounts of adsorption and desorption with respect to the adsorbent at the same pressure is distributed and stored in a plurality of storage holders filled with the adsorbent, and mixed downstream of the storage holder. The gas storage and delivery method is to control the amount of inflow and delivery to each storage holder, and adjust the storage pressure appropriately to make the gas composition of the delivery gas different for each storage holder. The gas storage and delivery method is characterized in that the physical quantity to be managed of the delivery gas is controlled within a desired range.
この場合において、前記対象ガスが、CH4とCO2を主成分とする消化ガスとすることができる(請求項2)。
CH4は吸着され難く、脱着し易い。一方、CO2は吸着され易く脱着し難い。従って、貯蔵ホルダー内圧力が低下する際にはまず脱着し易いCH4が多く送出され、その後脱着し難いCO2が送出されることになるため、圧力低下に伴ってCH4組成比が減少する。また、貯蔵ホルダー内圧力が上昇する際には、吸着され易いCO2が圧力上昇に伴い多く吸着されるため、送出ガスのCH4組成比が上昇する。
本発明は、この原理を利用して、貯蔵ホルダーごとに送出ガスのCH4とCO2の組成比を変化させ、混合後の送出ガスの管理対象物理量を所望範囲に制御するものである。
In this case, the target gas can be a digestion gas containing CH4 and CO2 as main components (claim 2).
CH4 is hardly adsorbed and is easily desorbed. On the other hand, CO2 is easily adsorbed and difficult to desorb. Accordingly, when the internal pressure of the storage holder decreases, a large amount of CH4 that is easy to desorb is sent out, and then CO2 that is difficult to desorb is sent out, so that the CH4 composition ratio decreases as the pressure decreases. Further, when the internal pressure of the storage holder rises, CO2 that is easily adsorbed is adsorbed more as the pressure rises, so that the CH4 composition ratio of the delivery gas rises.
The present invention utilizes this principle to change the CH4 and CO2 composition ratio of the delivery gas for each storage holder, and to control the management target physical quantity of the delivery gas after mixing to a desired range.
対象ガスとして、都市ガスを用いることができる(請求項3)。
都市ガス(天然ガス等)を吸着貯蔵し、送出する際にLPGで熱量調整する従来のガス貯蔵・供給システムにおいては、送出する際にガスホルダー内の圧力に応じて熱量が変動するため、LPGで熱量調整する必要があり、付帯設備が多くなるという問題があった。
本発明によれば、複数のガスタンクから熱量の異なるガスを送出し、混合することで、熱量等をある一定の範囲に制御することができるため、LPGタンクや熱量調整器が不要の都市ガス供給が可能となる。
City gas can be used as the target gas (claim 3).
In conventional gas storage and supply systems that adjust the amount of heat with LPG when adsorbing and storing city gas (natural gas, etc.), the amount of heat fluctuates according to the pressure in the gas holder when it is sent. It was necessary to adjust the amount of heat, and there was a problem that ancillary facilities increased.
According to the present invention, it is possible to control the amount of heat within a certain range by sending and mixing gases having different amounts of heat from a plurality of gas tanks, so that the LPG tank and the heat amount regulator are not required. Is possible.
さらに、管理対象物理量が、送出ガス熱量であることを特徴とする(請求項4)。
さらに、管理対象物理量が、送出ガス組成変動幅であることを特徴とする(請求項5)。
さらに、管理対象物理量が、ウオッベ指数又はガス燃焼速度指数のいずれか一方又は両方であることを特徴とする(請求項6)。
現在、全国の都市ガスはウオッベ指数及び燃焼速度指数に基づいて14種類のガスグループに分類され、都市ガス事業者は特定したガス種の都市ガスを供給域内の需要家に対して供給することが、ガス事業法により義務付けられている。ここにウオッベ指数(WI)は、ガスの発熱量H(MJ/m3)をガスの空気に対する比重sの平方根で割った数値、
WI=H/√s
で表され、ガス機器の完全燃焼性の指標となるものである。
また、燃焼速度指数(MCP)は次式で表される。
Further, the physical quantity to be managed is the quantity of heat of the delivery gas (claim 4).
Furthermore, the physical quantity to be managed is a variation range of the delivery gas composition (claim 5).
Furthermore, the physical quantity to be managed is one or both of a Wobbbe index and a gas combustion rate index (Claim 6).
Currently, city gas nationwide is classified into 14 types of gas groups based on the Wobbe index and burning rate index, and city gas companies can supply city gas of the specified gas type to consumers in the supply area. As required by the Gas Business Law. Here, the Wobbbe index (WI) is a numerical value obtained by dividing the calorific value H (MJ / m3) of the gas by the square root of the specific gravity s of the gas with respect to air.
WI = H / √s
This is an index of complete combustibility of gas equipment.
The combustion rate index (MCP) is expressed by the following equation.
例えば、CH4を主成分とする13A都市ガスについては、52.7≦WI≦57.8、35≦MCP≦47と定められている。従って、本発明により混合後ガスのWI及びMCPをこの範囲に制御することにより、供給域内で機器を良好に燃焼させることができる。
For example, for 13A city gas mainly composed of CH4, it is determined that 52.7 ≦ WI ≦ 57.8 and 35 ≦ MCP ≦ 47. Therefore, by controlling the WI and MCP of the mixed gas within this range according to the present invention, the equipment can be burned well in the supply area.
さらに、前記混合後の送出ガスに、高熱量ガスを添加することを特徴とする(請求項7)。 Further, a high calorific gas is added to the mixed delivery gas (Claim 7).
請求項8の発明は、吸着材を充填した複数の貯蔵ホルダーと、同一圧力において該吸着材に対する吸着量及び脱着量が異なる複数成分を含む対象ガスを、各貯蔵ホルダーに分散貯蔵する手段と、貯蔵ホルダー下流側で混合して送出する手段と、混合後の送出ガスの管理対象物理量が所望の範囲内になるように、各貯蔵ホルダーに対する流入量及び送出量を制御する手段と、を備えて成ることを特徴とするガス貯蔵送出装置である。
The invention of
本発明によれば、吸着材を充填した貯蔵ホルダーを用いて、組成変動を抑制しつつ高密度貯蔵を実現することが可能となった。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it became possible to implement | achieve high density storage, suppressing a composition fluctuation | variation using the storage holder filled with the adsorbent.
以下、本発明の実施形態について、図1乃至20を参照してさらに詳細に説明する。なお、理解容易化のため各図において同一構成には同一符号を用いて示している。なお、本発明の範囲は特許請求の範囲記載のものであって、以下の実施形態に限定されないことはいうまでもない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to FIGS. For ease of understanding, the same components are denoted by the same reference numerals in the respective drawings. Needless to say, the scope of the present invention is described in the claims and is not limited to the following embodiments.
(第一の実施形態)
図1は、本実施形態に係るガス貯蔵送出装置1Aの全体構成を示す図である。図2は、消化ガスの貯蔵送出制御フローを示す図である。
図1を参照して、ガス貯蔵送出装置1Aは内部に吸着材を充填したガスホルダーH1、H2と、消化ガスを各ホルダーに貯留し、供給するための配管群L1乃至L6と、ホルダーH1,H2に対するガス流入・流出量制御を行う制御部5と、を備えている。充填吸着材としては活性炭が用いられている。ホルダー上流側配管L2、L4経路中にはマスフローコントローラ(MFC)3a、3bが介装されている。また、ホルダー下流側配管L3,L5にはMFC4a、4bが介装されている。各MFCと制御部5間は信号線で接続されており、制御部5からの制御信号により流入・流出量を制御できるように構成されている。
以上の構成により、配管L1を経由して供給される脱硫・除湿後の消化ガス(主成分CO2、CH4)は、配管L2,L4に分岐してホルダーH1、H2に導かれ、ホルダー内の圧力、温度におけるそれぞれの平衡吸着量に対応するガス量が吸着される。さらに、ホルダーH1、H2から送出されるガスは、配管L3,L5を経由して配管L6で合流後に不図示の消費機器(例えばガスエンジン・ヒートポンプ)に供給される。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a gas storage / delivery device 1A according to the present embodiment. FIG. 2 is a diagram showing a digestion gas storage and delivery control flow.
Referring to FIG. 1, gas storage and delivery apparatus 1A includes gas holders H1 and H2 filled with an adsorbent therein, piping groups L1 to L6 for storing and supplying digestion gas in each holder, and holders H1, H1. And a
With the above configuration, the desulfurized / dehumidified digested gas (main components CO2, CH4) supplied via the pipe L1 is branched into the pipes L2, L4 and led to the holders H1, H2, and the pressure in the holder The gas amount corresponding to each equilibrium adsorption amount at the temperature is adsorbed. Further, the gas delivered from the holders H1 and H2 joins the pipe L6 via the pipes L3 and L5, and then is supplied to a consumption device (not shown) (for example, a gas engine / heat pump).
次に、図2をも参照して、本実施形態における消化ガスの貯蔵送出制御フローについて説明する。ステージ1では、各貯蔵ホルダーへの流入量をそれぞれV1i=Va、V2i=Vbとする。また、送出量を、それぞれV1o=Vb’、V2o=Va’とする(ステップS101)。ここに、Va>Vb、Va>Vb’、Va’>Vb’とする。このようにして一定時間(例えば12時間)継続運転する。この間、ホルダーH1では流入量>送出量となるためホルダー内圧力P1が上昇する。CO2とCH4ではCO2の方が吸着され易いので、送出ガスのCO2濃度は減少し、これに伴いCH4の組成比は増加する。一方、ホルダーH2では流入量<送出量となるため圧力P2が低下し、より多く吸着されていたCO2が送出されるので送出ガスのCO2の濃度が増加する。これに伴いCH4組成比は減少する。各ホルダーの組成が上述のように変動するため、合流後の混合ガスの組成は両ホルダーガス組成変化が相殺されることとなり、変動幅が小さいものとなる。
Next, a digestion gas storage and delivery control flow according to this embodiment will be described with reference to FIG. In
ステージ2では、両ホルダーに対する流入量、送出量を逆転させる。すなわち、流入量をそれぞれV1i=Vb、V2i=Vaとする。また、送出量をそれぞれV1o=Va’、V2o=Vb’とする(ステップS102)。この状態でステージ1と同一時間継続運転する。この間に、ホルダーH2では流入量>送出量となるためホルダー内圧力P2が上昇し、CO2濃度が減少し、CH4組成比は増加する。これに対して、ホルダーH1では流入量<送出量となるため圧力P1が低下し、CO2濃度が増加し、CH4組成比は減少する。この場合もステージ1と同様に、合流後の混合ガスの組成は両ホルダーガス組成変化が相殺されて変動幅が小さいものとなる。
In
図3は、この間のガスホルダーH1、H2に対する流入量、送出量の時間的推移を示した図である。同図において、1サイクルの流入量と送出量の積分値は等しいことが分かる。また図4は、ガスホルダーH1、H2内におけるCH4、CO2濃度及び混合ガス濃度の時間的推移を概念的に示す図である。
このようにステージ1、ステージ2を1サイクルとして、上述の運転制御を繰り返し行うことにより、吸着材充填貯蔵ホルダーを用いて、組成変動を抑制しつつ高密度貯蔵が可能となる。
FIG. 3 is a diagram showing a temporal transition of the inflow amount and the discharge amount with respect to the gas holders H1 and H2 during this period. In the figure, it can be seen that the integrated value of the inflow amount and the delivery amount in one cycle is equal. FIG. 4 is a diagram conceptually showing temporal transition of CH4, CO2 concentration and mixed gas concentration in the gas holders H1, H2.
Thus, by performing the above-mentioned operation control repeatedly with
なお、本実施形態では、各ホルダーに対する流入量、送出量をVa又はVbに固定し、一定時間ごとに切り替える態様としたが、これに限らず吸着材の特性・脱着量やガス組成に対応して適宜選択することができる。以下の各実施例についても同様である。 In the present embodiment, the inflow amount and the delivery amount to each holder are fixed to Va or Vb and switched at regular intervals. However, the present invention is not limited to this, and corresponds to the characteristics / desorption amount and gas composition of the adsorbent. Can be selected as appropriate. The same applies to each of the following embodiments.
また、本実施形態では流入量、送出量制御にMFCを用いる態様としたが、これに限らず他の方式を採用することができる。例えば図5のガス貯蔵送出装置1Bでは、ホルダー内の圧力(P1・P2)及び温度(T1・T2)を計測し、これに基づいてオリフィス8乃至11の開度を適宜調節するものである。これにより図2と同様の制御を行うことが可能である。
Further, in the present embodiment, the MFC is used for controlling the inflow amount and the sending amount. However, the present invention is not limited to this, and other methods can be adopted. For example, in the gas storage / delivery device 1B of FIG. 5, the pressure (P1 · P2) and temperature (T1 · T2) in the holder are measured, and the opening degree of the
さらに、図6のガス貯蔵送出装置1Cでは、ホルダー上流側についてはガス貯蔵送出装置1Aと同一であるが、下流側についてはMFCに替えてレギュレータR1・R2、三方弁12a・12b、ニードル弁13a・13bを用いている。レギュレータR1・R2により、配管L3,L5を流れる流量を一定(例えば、それぞれVa、Vb)に制御する。そして、ステージ1ではホルダーH1からの送出ガスを、三方弁12a→ニードル弁13bを経由させ、ホルダーH2からの送出ガスを三方弁12b→ニードル弁13bを経由させ、配管L5で合流させる。ステージ2では三方弁12a、12bを切り替えることにより、ホルダーH1からの送出ガスを三方弁12a→配管L7→ニードル弁13bを経由させ、一方、ホルダーH2からの送出ガスを三方弁12b→配管L8→ニードル弁13aを経由させる。その後、配管L6で合流させる。このように、ガス貯蔵送出装置1Cでは、ホルダー下流側のニードル弁開度をステージ毎に調節することなく、ガス貯蔵送出装置1Aと同様の制御を行うことが可能となる。
Further, in the gas storage / delivery device 1C of FIG. 6, the upstream side of the holder is the same as the gas storage / delivery device 1A, but the downstream side is replaced with the MFC and regulators R1 and R2, three-
(第二の実施形態)
次に、図7、8を参照して本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態は、夜間における消費機器不使用を想定した運転制御方法である。
図7は、本実施形態における貯蔵送出制御フローを示す図である。図8は、ガスホルダーH1、H2の流入量、送出量の時間的推移を示す図である。なお、装置の構成は第一の実施形態と同一であるので、図示及び説明を省略する。
(Second embodiment)
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. This embodiment is an operation control method that assumes non-use of consumer equipment at night.
FIG. 7 is a diagram showing a storage and delivery control flow in the present embodiment. FIG. 8 is a diagram showing temporal transition of the inflow amount and the delivery amount of the gas holders H1 and H2. In addition, since the structure of an apparatus is the same as 1st embodiment, illustration and description are abbreviate | omitted.
図7を参照して、ステージ1では、ホルダーH1、H2への流入量をそれぞれV1i=0、V2i=Vaに、送出量をそれぞれV1o=Vb’、V2o=Vc’に設定する(ステップS201)。この場合、Vb’>Va>Vc’とする。この条件で一定時間(例えば12時間)運転継続する。この間、ホルダーH1では送出のみとなるため圧力P1が低下し、送出ガスのCO2濃度が増加し、CH4濃度は減少する。これに対して、ホルダーH2では流入量>送出量となるためホルダー内圧力P2が上昇し、送出ガスのCO2の濃度は減少し、CH4濃度が増加する。
Referring to FIG. 7, in
ステージ2では、流入量はV1i=0、V2i=Vaを維持し、送出量をV1o=V2o=0に変化させる(ステップS202)。これによりホルダーH1では切替時のガス組成が維持され、一方、ホルダーH2ではホルダー内圧力P2がさらに上昇する。
In
ステージ3では、流入量、送出量をステージ1と逆転させる。すなわち、ホルダーH1、H2への流入量をそれぞれV1i=Va、V2i=0に、ホルダーH1、H2からの送出量をそれぞれV1o=Vc’、V2o=Vb’に設定する(ステップS203)。これにより、ホルダーH1では流入量>送出量となり、ホルダー内圧力P1が上昇して送出ガスのCO2濃度が減少し、CH4濃度が増加する。一方、ホルダーH2では送出のみとなるため、ホルダー内圧力P2が低下して送出ガスのCO2濃度が増加し、CH4濃度は減少する。
In
ステージ4では流入量はそのままV1i=Va、V2i=0を維持し、送出量をV1o=V2o=0とする(ステップS204)。これにより、ホルダーH1ではホルダー内圧力P1がさらに上昇する。一方、ホルダーH2では切替時のガス組成が維持される。 In stage 4, the inflow amount is maintained as it is V1i = Va and V2i = 0, and the sending amount is set to V1o = V2o = 0 (step S204). As a result, the holder internal pressure P1 further increases in the holder H1. On the other hand, the gas composition at the time of switching is maintained in the holder H2.
このように、ステージ1〜ステージ4を通じて、各ホルダー内の吸着・脱着に伴う組成変動を、混合により吸収して組成変動の少ないガスを供給することが可能となる。
図8に、1サイクルにおける流入量、送出量の時間的推移を示す。本実施形態においても、1サイクルの流入量と送出量の積分値は等しいことが分かる。
As described above, it is possible to supply the gas with little composition fluctuation by absorbing the composition fluctuation accompanying the adsorption / desorption in each holder through the
FIG. 8 shows the temporal transition of the inflow amount and the delivery amount in one cycle. Also in this embodiment, it can be seen that the integrated value of the inflow amount and the delivery amount in one cycle is equal.
(第三の実施形態)
さらに、図9乃至11を参照して本発明の他の実施形態について説明する。図9は、本実施形態に係るガス貯蔵送出装置20の全体構成を示す図である。図10は、本実施形態の消化ガス貯蔵送出制御フローを示す図である。図11は、1サイクルにおけるガスホルダーH1乃至H3の流入量、送出量の時間的推移を示す図である。
(Third embodiment)
Furthermore, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 9 is a diagram showing an overall configuration of the gas storage /
図9を参照して、本実施形態に係るガス貯蔵送出装置20の構成が、第一の実施形態に係るガス貯蔵送出装置1Aと異なる点は、吸着材充填ガスホルダーH3をさらに備えていることである。また、ガスホルダーH3の上流側、下流側にMFC3c、4cを備えている。その他の構成はガス貯蔵送出装置1Aと同一であるので、重複説明を省略する。
Referring to FIG. 9, the configuration of the gas storage /
図10を参照して、ステージ1では、各ホルダー流入量はそれぞれV1i=0、V2i=Va、V3i=Vaに、送出量はそれぞれV1o=Va’、V2o=Vb’、V3o=Vb’に設定する(ステップS301)。この場合、Va>Vb’、
Va’>Vb’とする。この条件で一定時間(例えば12時間)運転継続する。この間にホルダー内圧力はP2、P3が高く、P1が低く変化する。これに対応して各ホルダーから送出されるガスのCH4濃度(C1n:n=1−3)は、C12、C13が高く、C11が低くなる。
Referring to FIG. 10, in
Va ′> Vb ′. Under this condition, the operation is continued for a certain time (for example, 12 hours). During this time, the pressure in the holder changes at high P2 and P3 and low at P1. Correspondingly, the CH4 concentration (C1n: n = 1-3) of the gas delivered from each holder is high in C12 and C13 and low in C11.
ステージ2では、各ホルダー流入量をV1i=Va、V2i=0、V3i=Vaに、送出量をV1o=Vb’、V2o=Va’、V3o=Vb’に変更する(ステップS302)。この条件で運転継続することにより、ホルダー内圧力はP3>P1>P2となり、これに対応して各ホルダーから送出されるガスのCH4濃度は、C13>C11>C12となる。
In
ステージ3では、各ホルダー流入量をV1i=Va、V2i=0、V3i=0に、送出量をV1o=Vb’、V1o=Vb’、V2o=Va’に変更する(ステップS305)。この条件で一定時間運転継続することにより、ホルダー内圧力はP3>P1>P2となり、これに対応して各ホルダーから送出されるガスのCH4濃度は、C13>C11>C12となる。
以上のステージ1〜ステージ3を1サイクルとして、運転制御が繰り返し行われる。なお、第一の実施形態等と同様に、1サイクルにおける流入量と送出量の積分値は等しい(図11参照)。
In
Operation control is repeatedly performed by setting the
(第四の実施形態)
さらに、図12、13を参照して本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態は、第三の実施形態と同じく3つのホルダー(3塔式)を用い、かつ、第二の実施形態と同様に夜間における消費機器不使用を想定した運転制御方法である。本実施形態の装置構成は第三の実施形態と同一であるので、図示及び説明を省略する。
図12は、本実施形態における消化ガスの貯蔵送出制御フローを示す図である。図13は、1サイクルにおける流入量、送出量の時間的推移を示す図である。
(Fourth embodiment)
Furthermore, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. This embodiment is an operation control method that uses three holders (three towers) as in the third embodiment and assumes that no consumer equipment is used at night as in the second embodiment. Since the apparatus configuration of the present embodiment is the same as that of the third embodiment, illustration and description thereof are omitted.
FIG. 12 is a diagram showing a digestion gas storage and delivery control flow in the present embodiment. FIG. 13 is a diagram showing temporal transition of the inflow amount and the delivery amount in one cycle.
ステージ1では、各ホルダー流入量はそれぞれV1i=0、V2i=Va、V3i=0に、送出量はそれぞれV1o=Va’、V1o=Vb’、V2o=Vc’に設定する(ステップS401)。この場合、Va>Vb’>Vc’、
Va’>Vb’>Vc’とする。この条件で一定時間(例えば12時間)運転継続する。この間にホルダー内圧力はP2>P3>P1となり、これに対応して各ホルダーから送出されるガスのCH4濃度(C1n:n=1−3)は、C12>C13>C11となる。
In
Va ′> Vb ′> Vc ′. Under this condition, the operation is continued for a certain time (for example, 12 hours). During this time, the pressure inside the holder becomes P2>P3> P1, and the CH4 concentration (C1n: n = 1-3) of the gas sent from each holder corresponding to this becomes C12>C13> C11.
ステージ2では、流入量はそのままV1i=0、V2i=Va、V3i=0を維持し、送出量をV1o=V2o=V3o=0とする(ステップS402)。この条件で一定時間運転継続する。これによりホルダーH1、H3では切替時のガス組成が維持され、一方、ホルダーH2では流入のみとなるためホルダー内圧力P2がさらに上昇する。
In
ステージ3では、各ホルダー流入量をV1i=0、V2i=0、V3i=Vaに、送出量をV1o=Vc’、V1o=Va’、V2o=Vb’に変更する(ステップS403)。この条件で一定時間運転継続することにより、ホルダー内圧力はP3>P1>P2となり、これに対応して各ホルダーから送出されるガスのCH4濃度は、C13>C11>C12となる。
ステージ4では、流入量はそのままV1i=0、V2i=0、V3i=Vaを維持し、送出量をV1o=V2o=V3o=0とする(ステップS404)。この条件で一定時間運転継続することにより、ホルダーH1、H2では切替時のガス組成が維持され、一方、ホルダーH3ではホルダー内圧力P3がさらに上昇する。
In
In stage 4, the inflow amounts are maintained at V1i = 0, V2i = 0, V3i = Va, and the sending amount is set to V1o = V2o = V3o = 0 (step S404). By continuing the operation for a certain time under these conditions, the gas composition at the time of switching is maintained in the holders H1 and H2, while the holder internal pressure P3 further increases in the holder H3.
さらにステージ5では、各ホルダー流入量をV1i=Va、V2i=0、V3i=0に、送出量をV1o=Vb’、V1o=Vc’、V2o=Va’に変更する(ステップS405)。この条件で一定時間運転継続することにより、ホルダー内圧力はP3>P1>P2となり、これに対応して各ホルダーから送出されるガスのCH4濃度は、C13>C11>C12となる。
In
ステージ6では、流入量はそのままV1i=Va、V2i=0、V3i=0を維持し、送出量をV1o=V2o=V3o=0とする(ステップS406)。この条件で一定時間運転継続することにより、ホルダーH2、H3では切替時のガス組成が維持され、一方、ホルダーH1ではホルダー内圧力P1がさらに上昇する。
以上のステージ1〜ステージ6を1サイクルとして、運転制御が繰り返し行われる。
図11は、1サイクルにおける流入量、送出量の時間的推移を示した図である。同図においても、1サイクルにおける流入量と送出量の積分値は等しい。
In stage 6, the inflow amounts are maintained as they are V1i = Va, V2i = 0, V3i = 0, and the sending amount is set to V1o = V2o = V3o = 0 (step S406). By continuing the operation for a certain time under these conditions, the gas composition at the time of switching is maintained in the holders H2 and H3, while the holder internal pressure P1 further increases in the holder H1.
Operation control is repeatedly performed by setting the above-described
FIG. 11 is a diagram showing temporal transition of the inflow amount and the delivery amount in one cycle. Also in the figure, the integrated value of the inflow amount and the delivery amount in one cycle is equal.
(第五の実施形態)
さらに図14を参照して、本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態に係るガス貯蔵送出装置30の構成が、第一の実施形態に係るガス貯蔵送出方法及び装置1Aと異なる点は、合流後の配管L6経路中に都市ガス等の高熱量ガス供給配管L9を備えており、混合器32において送出ガスに高熱量ガスを添加して供給する点である。混合量は送出ガスの熱量を熱量計31で計測して、一定熱量となるように制御することができる。これにより、さらなる増熱及び熱量安定化が可能となる。
(Fifth embodiment)
Further, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The configuration of the gas storage /
以下、本発明に基づく各実施例について説明する。
(実施例1)
活性炭を充填した500mlの貯蔵容器に11ml/minで混合ガス(67%CH4−33%CO2)を流入させ、同時に31ml/minで容器よりガスを送出した。図15(a)は、予め同一混合ガスを0.6MPaで貯蔵してある状態から上記操作を行ったときの、圧力変化とCH4濃度の関係を示す図である。圧力低下に伴い、CH4濃度が低下していることが分かる。この時のCH4濃度の変動幅は73.8〜53.8%であった。同図(b)は、同一混合ガスを32ml/minで流入させ、14ml/minで送出したときのものである。圧力上昇に伴い、CH4濃度が上昇していることが分かる。この時のCH4濃度の変動幅は76.7〜55.7%であった。なお、CH4濃度の測定には、ガスクロマトグラフィーを用いた。
Hereinafter, each Example based on this invention is described.
Example 1
A mixed gas (67% CH4-33% CO2) was flowed into a 500 ml storage container filled with activated carbon at 11 ml / min, and the gas was simultaneously sent out from the container at 31 ml / min. FIG. 15A is a diagram showing the relationship between the pressure change and the CH4 concentration when the above operation is performed from a state where the same mixed gas is stored at 0.6 MPa in advance. It can be seen that the CH4 concentration decreases as the pressure decreases. The fluctuation range of the CH4 concentration at this time was 73.8 to 53.8%. FIG. 5B shows the same mixed gas flowing in at 32 ml / min and delivered at 14 ml / min. It can be seen that the CH4 concentration increases with increasing pressure. The fluctuation range of the CH4 concentration at this time was 76.7 to 55.7%. Note that gas chromatography was used for measurement of the CH4 concentration.
(実施例2)
ガス貯蔵送出装置1Aにより第一の実施形態と同様な流量制御を想定して、CH4濃度の時間的変化をシミュレートした。貯蔵容器(ホルダーH1等に対応)は、実施例1と同じ500mlのものを用いた。試験条件は表1の通りである。図16は、ステージ1における混合ガス濃度変化推移を示す図である。CH4濃度の変動幅は、69.8〜59.5%であり、送出ガスを混合しない時のCH4濃度変動幅より小さく、CH4濃度変動抑制効果があることが証明された。
(Example 2)
Assuming flow rate control similar to that of the first embodiment by the gas storage and delivery device 1A, the CH4 concentration temporal change was simulated. As the storage container (corresponding to the holder H1 and the like), the same 500 ml as in Example 1 was used. The test conditions are as shown in Table 1. FIG. 16 is a diagram showing a change in the mixed gas concentration in
(実施例3)
本実施例は、夜間の消費機器不使用(上述の第三の実施形態に該当)を想定したシミュレーションである。試験条件を表2に、ステージ1における混合ガスの組成変動を図17に示す。CH4濃度の変動幅は、70.8〜60.2%であった。この場合においても実施例2と同様のCH4濃度変動抑制効果があることが証明された。
(Example 3)
The present example is a simulation assuming that the consumer device is not used at night (corresponding to the third embodiment described above). The test conditions are shown in Table 2, and the composition variation of the mixed gas in
(実施例4)
本実施例も実施例3と同じく、送出休止時間帯を想定したシミュレーションである。但し、下限圧を0.1MPaに設定している。試験条件を表3に、ステージ1における混合ガスの組成変動を図18に示す。CH4濃度の変動幅は69.1〜62.1%となり、さらに変動幅が減少することが分かる。これにより、圧力スイング幅を小さくすることでさらにCH4濃度変動を抑制できることが示された。
Example 4
Similar to the third embodiment, the present embodiment is also a simulation assuming a transmission suspension time zone. However, the lower limit pressure is set to 0.1 MPa. Table 3 shows the test conditions, and FIG. 18 shows the composition variation of the mixed gas in
(実施例5)
本実施例は、3つの容器(3塔式)を用い、送出休止時間がない実施例である。試験条件を表5に、図19にステージ1における混合ガスの組成変動を示す。CH4濃度の変動幅は、70.3〜65.9%であり、実施例2(2塔式)と比較してCH4濃度変動抑制効果がさらに増していることが分かる。
(Example 5)
In this embodiment, three containers (three towers) are used and there is no delivery pause time. Table 5 shows the test conditions, and FIG. 19 shows the composition variation of the mixed gas in
(実施例6)
実施例5と同じく3つの容器(3塔式)を用い、送出休止時間帯を想定したシミュレーションである。試験条件を表6に、図20にステージ1における混合ガスの組成変動を示す。CH4濃度の変動幅は、69.5〜67.2%であり、変動幅がさらに減少することが分かる。
(Example 6)
It is the simulation which assumed the sending stop time zone using three containers (three tower type) like Example 5. Table 6 shows the test conditions, and FIG. 20 shows the composition variation of the mixed gas in
本発明は、下水処理、畜産廃棄物処理等の消化ガスに限らず、複数のガス成分からなる混合ガスを高密度に貯蔵するシステムに広く利用可能である。 The present invention is not limited to digestion gases such as sewage treatment and livestock waste treatment, but can be widely used in systems that store a mixed gas composed of a plurality of gas components at high density.
1,1A,1B,1C,20,30 ガス貯蔵送出装置
3a,3b,4a,4b マスフローコントローラ(MFC)
8〜11 オリフィス
12a、12b 三方弁
13a、13b ニードル弁
H1〜H3 吸着材充填ガスホルダー
L1〜L8 配管
L9 高熱量ガス供給配管
R1,R2 レギュレータ
CU コントロールユニット
T1、T2 ガスホルダー内温度
P1、P2 ガスホルダー内圧力
1, 1A, 1B, 1C, 20, 30 Gas storage and
8-11
Claims (8)
各貯蔵ホルダーに対する流入量及び送出量を制御して、貯蔵圧力を適宜調整することにより、貯蔵ホルダーごとに送出ガスのガス組成を異ならしめ、
混合後の送出ガスの管理対象物理量を、所望の範囲に制御することを特徴とするガス貯蔵送出方法。 A gas storage and delivery method in which a target gas containing a plurality of components having different amounts of adsorption and desorption with respect to an adsorbent at the same pressure is distributed and stored in a plurality of storage holders filled with the adsorbent, and mixed and sent downstream of the storage holder. Because
By controlling the amount of inflow and delivery to each storage holder and adjusting the storage pressure as appropriate, the gas composition of the delivery gas differs for each storage holder,
A gas storage and delivery method characterized by controlling a physical quantity to be managed of a delivery gas after mixing within a desired range.
同一圧力において該吸着材に対する吸着量及び脱着量が異なる複数成分を含む対象ガスを、各貯蔵ホルダーに分散貯蔵する手段と、
貯蔵ホルダー下流側で混合して送出する手段と、
混合後の送出ガスの管理対象物理量が所望の範囲内になるように、各貯蔵ホルダーに対する流入量及び送出量を制御する手段と、
を備えて成ることを特徴とするガス貯蔵送出装置。 A plurality of storage holders filled with adsorbents;
Means for distributing and storing target gases containing a plurality of components having different amounts of adsorption and desorption with respect to the adsorbent at the same pressure in each storage holder;
Means for mixing and feeding downstream of the storage holder;
Means for controlling the inflow amount and the delivery amount for each storage holder so that the physical quantity to be managed of the delivery gas after mixing is within a desired range;
A gas storage and delivery device comprising:
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